EP2486458A1 - Verfahren zur modellierung eines seitenregister-regelkreises für eine bearbeitungsmaschine - Google Patents

Verfahren zur modellierung eines seitenregister-regelkreises für eine bearbeitungsmaschine

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Publication number
EP2486458A1
EP2486458A1 EP10754434A EP10754434A EP2486458A1 EP 2486458 A1 EP2486458 A1 EP 2486458A1 EP 10754434 A EP10754434 A EP 10754434A EP 10754434 A EP10754434 A EP 10754434A EP 2486458 A1 EP2486458 A1 EP 2486458A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
modeling
controller
account
machine
taken
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP10754434A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Schultze
Holger Schnabel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2486458A1 publication Critical patent/EP2486458A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

Definitions

  • the present invention relates to a method for modeling a control loop for controlling a side register of a processing machine and a correspondingly arranged arithmetic unit.
  • Directed processing machines in which a web or sporadic material (sheet) is processed.
  • the invention is particularly applicable to printing machines, e.g. Newspaper printing machines, commercial printing machines, gravure printing machines,
  • Processing machines such as Pouch machines, envelope machines or packaging machines, can be used.
  • the material can be made of paper, cloth, cardboard, plastic, metal, rubber, in foil form, etc.
  • controllers such as P controllers, D controllers, I controllers, etc., as well as any combinations thereof include controller parameters that must be set.
  • Conventional controller parameters are the proportional gain Kp, the integral gain Ki, the differential gain K D , the reset time T N , the lead time Tv, delays T, etc.
  • the controller parameters are manually set or evaluated in the prior art via an evaluation of a step response, which is why the machine operator possess control technical knowledge and must adjust the parameters individually.
  • the control loop structure consists at least of the two elements controller and controlled system (behavior behavior).
  • the path behavior of an actuating movement for example of a printing unit, is usually modeled as a PT1 element with a path gain Ks and a (speed-dependent) path time constant Ti or Ts.
  • the path behavior is usually compensated with the aid of a PI controller in such a way that a system of second order results.
  • the known methods have the disadvantage that, on the one hand, the controller parameters have to be entered manually, which usually does not lead to an optimal regulation, and on the other hand the Methods for automatic adaptation are not yet mature enough for optimal results to be achieved.
  • the present invention proposes a method for modeling a control loop for a processing machine and a computing unit having the features of the independent patent claims.
  • Advantageous developments are the subject of the dependent claims and the following description.
  • the invention is based essentially on the recognition that in the case of a side register control special machine or process parameters have a strong influence on the control by influencing the system gain. By taking into account these parameters in the modeling of the control loop, an improved side register control can be achieved.
  • the control loop modeled in this way can be used to automatically determine the controller parameters, in particular by means of known methods.
  • the controller parameters are thus optimally matched to the underlying processing machine and manual input by a user can be omitted. This excludes a significant source of error in machine setup.
  • the system gain enters the denominator. For example, the controller gain K R for a PI controller is calculated at a PT1 distance (see FIG. Optimum to:
  • the deviation of the printed color separations from each other perpendicular to the direction of material flow is usually determined by measuring the register marks in the material flow direction.
  • the shape of the register mark influences the ratio between the actual lateral deviation and the detected length deviation (see Figure 2). If the register mark shape is taken into account, for example, in the form of the angle of a triangular mark, the control quality can be improved.
  • the processing material is moved relative to the processing unit, for example a printing cylinder, perpendicular to the material flow direction.
  • the type of movement is dependent on the drive driving this movement, eg spindle drive, stepping motor and the like, and is often characterized by a fixed speed of movement (adjustment speed), at least after setting up.
  • this adjustment speed is taken into account. It has been recognized that the adjustment speed of a 39register- adjustment device directly affect the track gain Ks and thus takes on the controller parameters. It is Ks ⁇ Verstell Anlagen.
  • the adjustment speed which also includes, for example, an adjustment rotational speed of the drive together with a feed constant (spindle pitch) of the mechanism, can be input into the arithmetic unit according to the invention and / or can be read out from the relevant drive and / or predefined in the relevant drive.
  • a maximum adjustment movement per adjustment can, for example, be provided in order not to damage or destroy the material.
  • a minimum adjustment and / or a maximum adjustment of a side register adjustment device are taken into account in the modeling.
  • a minimum adjustment can be provided as a dead zone in the controller output and / or at the controller input.
  • a maximum adjustment can be provided as a limit in the controller output and / or at the controller input. Expediently, at least one dead time is taken into account in the modeling.
  • Constant ie not transport speed-dependent and / or speed-dependent dead times are taken into account in order to achieve good results in all speed ranges.
  • a speed-dependent dead time usually has a large influence at low speeds, which decreases with increasing transport speed.
  • the influence of constant dead times has a particularly disturbing effect since, by definition, they show no speed dependency and can therefore dominate the track behavior in these speed ranges.
  • a determination of controller parameters is carried out on the basis of the modeled control loop.
  • this determination can be carried out automatically within a computing unit, such as e.g. a controller or a register controller done.
  • a computing unit such as e.g. a controller or a register controller done.
  • controller parameters it is advisable to carry out the determination of the controller parameters as a function of a characteristic field.
  • a characteristic field As already explained above, only a few variables are used as parameters in the modeling, whereas many variables, such as e.g. the brand shape, adjustment speeds, distances, constant dead times, etc., are fixed. For this reason, it makes sense to use characteristic fields as a function of variable variables, such as, for example, Provide web speed that can be stored, for example, in a memory device of the arithmetic unit. In this way the automatic parameterization of the controllers can be significantly accelerated.
  • An arithmetic unit according to the invention is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are in particular floppy disks, hard disks, flash Memory, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs Also a download of a program over computer networks (Internet, Intranet etc.) is possible.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a trained as a printing press
  • Figure 2 shows the principle of taking into account a register mark shape in a
  • Figure 3 shows a schematic representation of a modeled according to the invention
  • Control circuit for a processing machine in a simplified representation.
  • a processing machine configured as a printing press is designated by 100 as a whole.
  • a printing material such as paper 101, is formed by printing units 1 10, 120, 130, 140focusessseinrichrungen in the direction R. guided and printed.
  • the printing units are shaftless driven and equipped with drives 1 1 1.
  • the printing units are cylindrical or angle correctable for longitudinal register control, which is indicated by the curved arrows on the drives 1 1 1.
  • the printing units are additionally equipped with side register adjustment devices 12.
  • the soregister- adjusting devices 112 are perpendicular to the material transport direction R at an adjustment speed v adjustable.
  • the drives 111 and adjusting devices 112 of the individual printing units are connected to a controller 150 via a data connection 151. Furthermore, there are a plurality of sensors 132, 133, 134 for detecting register marks for the control of the side register (optionally longitudinal register), which are also connected to the controller 150 between the printing units. For clarity, only one sensor 134 is shown connected to the controller.
  • the controller 150 comprises an embodiment of a computing unit according to the invention and is set up for automatic controller parameterization.
  • a side register control is performed as a color control.
  • the sensors 132, 133, 134 are arranged, which determine the register position of the web 101 and, for example, are designed as a brand reader.
  • the extent of the mark applied by the associated printing unit as well as the mark applied by the first printing unit 110 in direction R are detected by a brand reader (color control of the colors).
  • the measured values are fed to a device for register control (register controller). From this, a respective register deviation can be calculated. Detected register deviations are used to position the respective printing unit.
  • the color control has the advantage that in principle one sensor (behind the last printing unit) is sufficient. However, it takes on the Stand color control correspondingly long, until a printed by the first printing unit print mark is transported to the last printing unit. Only then can the page register control of the last printing unit begin to start its control process. For gravure printing machines, this length can be in the range of 100 m.
  • the register controller is automatically parameterized using a method according to the invention. It is understood that the register controller may be embodied in the computing unit 150, for example a computer.
  • register mark sensor 134 measures a mark 201 applied by printing unit 110 and a mark 202 applied by printing unit 140. Marks 201 and 202 in the present example are rectangular triangles, for further consideration only the angle a is considered.
  • the extent dl of the mark 201 and the extent d2 of the mark 202 in the material flow direction are determined and their difference dl - d2 used for the side register control.
  • the purpose of the side register control is to regulate the difference dl - d2 to 0 (optionally to a specified reference value, since the markers can be measured with a different width due to their contrast).
  • this difference between the control variable d1-d2 used for the control and the actual register deviation e was recognized and taken into account.
  • the difference is from a machine parameter, here from the Brand shape, influences and affects the track gain, in the present example with the factor cos a / sin a.
  • the control deviation d1-d2 is determined in mm (optionally also in degrees) and from this a manipulated variable for the corresponding side register adjusting device 112 is determined.
  • This manipulated variable depends on the adjustment speed v of the adjusting device. If, for example, it is to be adjusted by 1 mm, an adjustment device with an adjustment speed of 1 mm / s requires at least one second, whereas an adjustment device with an adjustment speed of 0.5 mm / s requires at least two seconds for this. In the first case, the system gain is thus greater and thus a smaller controller gain K R better.
  • the side register adjusting devices 112 are often designed such that they can only perform a certain minimum adjustment, for example because they are pulse-controlled. In certain situations, this can lead to constant positioning movements, which lead to a troubled web run.
  • an adjustment device can adjust at least x mm per pulse.
  • this dead zone at the controller output can be calculated as follows:
  • dead zone at the controller output minimum pulse duration * adjustment speed v of the adjustment device.
  • Dead zone at the controller input dead zone at the controller output / gain of the controller.
  • a control loop modeled according to the invention is shown schematically and designated as a whole by 300.
  • the control circuit may for example be based on a printing press according to FIG.
  • the control loop 300 comprises a PI element 310 with a control gain K R and a reset time T N -
  • the path behavior with the path time constant Ts and the path gain Ks is modeled in a PT1 element 340.
  • a control loop member 330 which is characterized by a sum dead time Ts.
  • the control loop member 330 can be approximated by means of PTI behavior. It goes without saying that other rules-related approximations are also possible.
  • the position of the control loop element 330 within the control loop 300 can be selected by the person skilled in the art.
  • the control loop member 330 may also be disposed in the feedback.
  • an adjustment speed v of the side register adjustment devices 112 and an angle a of the register marks enter the model of the controlled system 340.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung eines Regelkreises (300) zur Regelung eines Seitenregisters einer Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung einer Warenbahn (101), insbesondere wellenlose Druckmaschine (100), wobei wenigstens ein Maschinenparameter (v, a), welcher die Streckenverstärkung (Ks) beeinflusst, bei der Modellierung berücksichtigt wird.

Description

Verfahren zur Modeiiierune eines Seitenregister-Regelkreises für eine
Bearbeitungsmaschine
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung eines Regelkreises zur Regelung eines Seitenregisters einer Bearbeitungsmaschine sowie eine entsprechend eingerichtete Recheneinheit.
Obwohl nachfolgend hauptsächlich auf Druckmaschinen Bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern vielmehr auf alle Arten von
Bearbeitungsmaschinen gerichtet, bei denen eine Warenbahn oder vereinzeltes Material (Bogen) bearbeitet wird. Die Erfindung ist aber insbesondere bei Druckmaschinen, wie z.B. Zeitungsdruckmaschinen, Akzidenzdruckmaschinen, Tiefdruckmaschinen,
Verpackungsdruckmaschinen oder Wertpapierdruckmaschinen, sowie bei
Verarbeitungsmaschinen, wie z.B. Beutelmaschinen, Briefumschlagsmaschinen oder Verpackungsmaschinen, einsetzbar. Das Material kann aus Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, in Folienform usw. ausgebildet sein.
Stand der Technik
Für den Mehrfarbendruck sind Druckmaschinen mit mehreren Druckwerken bspw. aus der US 4,932,320 bekannt, die mit Umfangs- und Seitenregister- Versteilvorrichtungen zur Registerverstellung versehen sind. Hierdurch kann die Lage der einzelnen gedruckten Farbauszüge zueinander korrigiert werden. Bei Druckmaschinen werden Längs- und/oder Seitenregister geregelt, 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. Die Reglerparameter werden im Stand der Technik manuell über eine Auswertung einer Sprungantwort ermittelt bzw. eingestellt, weshalb der Maschinenbediener regelungstechnische Kenntnisse besitzen und die Parameter einzeln einstellen muss.
Sind die Art der Regelstrecke und ihre Streckenparameter bekannt, ist neben der manuellen Pärametrierung auch eine berechnete Parametrierung möglich. Hierzu ist es nötig, den betrachteten Regelkreis zu modellieren. Die Regelkreisstruktur besteht zumindest aus den beiden Elementen Regler und Regelstrecke (Strecken verhalten). Das Streckenverhalten einer Stellbewegung beispielsweise eines Druckwerks wird dabei üblicherweise als PT1 -Glied mit einer Strecken Verstärkung Ks und einer (geschwindigkeitsabhängigen) Streckenzeitkonstanten Ti bzw. Ts modelliert. Regelungstechnisch wird das Streckenverhalten üblicherweise mit Hilfe eines PI- Reglers derart kompensiert, dass sich ein System zweiter Ordnung ergibt. Hierbei gibt es verschiedene Auslegungskriterien für die P-Verstärkung und den I-Anteil. Verwendung finden dann bekannte Einstellverfahren wie z.B. Symmetrisches Optimum oder Wurzelortskurvenverfahren.
Die bekannten Verfahren weisen im Hinblick auf die Seitenregisterregelung den Nachteil auf, dass einerseits die Reglerparameter manuell eingegeben werden müssen, was üblicherweise nicht zu einer optimalen Regelung führt, und andererseits die Verfahren zur automatischen Adaption noch nicht so ausgereift sind, dass optimale Ergebnisse erzielt werden.
Die nicht vorveröffentlichte DE 10 2008 035 639, auf die bezüglich weiterer Details ausdrücklich Bezug genommen wird, beschreibt eine verbesserte Modellierung eines Registeregelkreises, bei der Totzeiten des Systems berücksichtigt werden.
Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Modellierung eines Regelkreises für eine Bearbeitungsmaschine sowie eine Recheneinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert im Wesentlichen auf der Erkenntnis, dass bei einer Seitenregisterregelung besondere Maschinen- bzw. Verfahrensparameter stark auf die Regelung Einfluss nehmen, indem sie die Streckenverstärkung beeinflussen. Durch eine Berücksichtigung dieser Parameter bei der Modellierung des Regelkreises kann eine verbesserte Seitenregisterregelung erreicht werden. Der so modellierte Regelkreis kann herangezogen werden, um mittels bekannter Verfahren die Reglerparameter insbesondere automatisch zu bestimmen. Die Reglerparameter sind somit optimal auf die zugrunde liegende Bearbeitungsmaschine abgestimmt und eine manuelle Eingabe durch einen Anwender kann entfallen. Damit wird eine signifikante Fehlerquelle bei der Maschineneinrichtung ausgeschlossen. Bei einer beispielhaften Bestimmung der Reglerparameter geht die Streckenverstärkung im Nenner ein. Beispielsweise berechnet sich die Reglerverstärkung KR für einen PI- Regler bei einer PT1 -Strecke (vgl. Figur 3) gemäß symm. Optimum zu:
κ , τΝ -τλ
* S KS - T 2 - Ks - Tz
wobei Ks die Streckenverstärkung, Ti die Streckenzeitkonstante (=Ts) und Ts die Summenzeitkonstante ist. Somit ergibt sich bei der Berechnung der Reglerparameter eine größere Reglerverstärkung bei einer kleineren Streckenverstärkung. Bei der Modellierung des Regelkreises wird erfindungsgemäß nun auch wenigstens ein die Streckenverstärkung beeinflussender Maschinen- bzw. Verfahrensparameter berücksichtigt. Somit kann die Regelkreisdynamik des Systems deutlich erhöht und die Regelung optimiert werden.
Bei der Seitenregisterregelung wird die Abweichung der gedruckten Farbauszüge zueinander senkrecht zur Materialflussrichtung üblicherweise durch Vermessung von bestimmt geformten Registermarken in Materialflussrichtung bestimmt. Somit nimmt die Form der Registermarke Einfluss auf das Verhältnis zwischen tatsächlicher seitlicher Abweichung und erfasster Längenabweichung (vgl. Figur 2). Wenn die Registermarkenform, beispielsweise in Form des Winkels einer dreieckigen Marke, berücksichtigt wird, kann die Regelungsqualität verbessert werden.
Bei der Seitenregisterregelung wird der Bearbeitungsstoff relativ zur Bearbeitungseinheit, bspw. einem Druckzylinder, senkrecht zur Materialflussrichtung bewegt. Die Art der Bewegung ist vom diese Bewegung antreibenden Antrieb, z.B. Spindelantrieb, Schrittmotor u.ä., abhängig und oftmals durch eine zumindest nach dem Einrichten feste Bewegungsgeschwindigkeit (Verstellgeschwindigkeit) gekennzeichnet. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird diese Verstellgeschwindigkeit berücksichtigt. Es wurde nämlich erkannt, dass die Verstellgeschwindigkeit einer Seitenregister- Versteilvorrichtung direkten Einfluss auf die Streckenverstärkung Ks und somit auf die Reglerparameter nimmt. Es gilt Ks ~ Verstellgeschwindigkeit. Zweckmäßigerweise ist die Verstellgeschwindigkeit, zu der auch z.B. eine Verstelldrehzahl des Antriebs zusammen mit einer Vorschubkonstante (Spindelsteigung) der Mechanik zählt, in die erfindungsgemäße Recheneinheit eingebbar und/oder aus dem betreffenden Antrieb auslesbar und/oder in dem betreffenden Antrieb vorgebbar.
Bei der Seitenregisterregelung werden oftmals Stellantriebe verwendet, die eine gewisse Mindestverstellung durchführen, beispielsweise weil sie pulsgesteuert sind. Eine maximale Verstellbewegung pro Verstellvorgang kann bspw. vorgesehen sein, um das Material nicht zu beschädigen oder zu zerstören. Vorteilhafterweise werden bei der Modellierung eine Minimalverstellung und/oder eine Maximalverstellung einer Seitenregister- Versteilvorrichtung berücksichtigt. Damit kann die Regelung verbessert und der Bedruckstoff sowie die Bearbeitungsmaschine vor Schäden geschützt werden. Ein unruhiger Bahnlauf wird vermieden. Eine Minimal verstellung kann als tote Zone im Reglerausgang und/oder am Reglereingang vorgesehen werden. Eine Maximalverstellung kann als Begrenzung im Reglerausgang und/oder am Reglereingang vorgesehen werden. Zweckmäßigerweise wird bei der Modellierung wenigstens eine Totzeit berücksichtigt. Es werden konstante, d.h. nicht transportgeschwindigkeitsabhängige und/oder geschwindigkeitsabhängige Totzeiten berücksichtigt, um in allen Geschwindigkeitsbereichen gute Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise hat eine geschwindigkeitsabhängige Totzeit üblicherweise bei niedrigen Geschwindigkeiten einen großen Einfluss, der mit ansteigender Transportgeschwindigkeit abnimmt. Gerade aber in diesem Geschwindigkeitsbereich wirkt sich der Einfluss von konstanten Totzeiten besonders störend aus, da diese definitionsgemäß keine Geschwindigkeitsabhängigkeit zeigen und somit in diesen Geschwindigkeitsbereichen das Streckenverhalten dominieren können. Für weitere Details betreffend die Berücksichtigung von Totzeiten sei auf die bereits genannte DE 10 2008 035 639 verwiesen, die zum Bestandteil dieser Anmeldung gemacht wird.
Zweckmäßigerweise wird auf Grundlage des modellierten Regelkreises eine Bestimmung von Reglerparametern durchgeführt. Diese Bestimmung kann insbesondere automatisch innerhalb einer Recheneinheit, wie z.B. einem Steuergerät bzw. einem Registerregler, erfolgen. Mit dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es somit möglich, zu jedem Zeitpunkt einer Bearbeitung durch eine Bearbeitungsmaschine eine optimale Parametrierung der Regler automatisch bereitzustellen.
Es bietet sich alternativ an, die Bestimmung der Reglerparameter in Abhängigkeit von einem Kennlinienfeld durchzuführen. Wie bereits weiter oben erläutert wurde, gehen in die Modellierung als Parameter nur wenige veränderliche Größen ein, wohingegen viele Größen, wie z.B. die Markenform, Verstellgeschwindigkeiten, Abstände, konstante Totzeiten usw., fest sind. Aus diesem Grund bietet es sich an, Kennlinienfelder in Abhängigkeit von den variablen Größen wie z.B. Warenbahngeschwindigkeit bereitzustellen, die beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Recheneinheit abgelegt werden können. Auf diese Weise kann die automatische Parametrierung der Regler signifikant beschleunigt werden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit 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 nachstehend - 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 das Prinzip der Berücksichtigung einer Registermarkenform bei einer
Seitenregisterregelung und
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß modellierten
Regelkreises für eine Bearbeitungsmaschine in einer vereinfachten Darstellung.
In Figur 1 ist eine als Druckmaschine ausgestaltete Bearbeitungsmaschine insgesamt mit 100 bezeichnet. Ein Bedruckmaterial, beispielsweise Papier 101, wird durch als Druckwerke 1 10, 120, 130, 140 ausgebildete Bearbeitungseinrichrungen in Richtung R geführt und bedruckt. Die Druckwerke sind wellenlos angetrieben und mit Antrieben 1 1 1 ausgestattet. Die Druckwerke sind zur Längsregisterregelung zylinder- bzw. winkelkorrigierbar, was durch die gekrümmten Pfeile auf den Antrieben 1 1 1 angedeutet wird. Die Druckwerke sind zusätzlich mit Seitenregister- VerStellvorrichtungen 1 12 ausgerüstet. Die Seitenregister- Verstellvorrichtungen 112 sind senkrecht zur Materialtransportrichtung R mit einer Verstellgeschwindigkeit v verstellbar.
Die Antriebe 111 und Verstellvorrichtungen 112 der einzelnen Druckwerke sind über eine Datenverbindung 151 mit einer Steuerung 150 verbunden. Weiterhin befinden sich zwischen den Druckwerken mehrere Sensoren 132, 133, 134 zur Erfassung von Registermarken für die Regelung des Seitenregisters (optional Längsregisters), die ebenfalls mit der Steuerung 150 verbunden sind. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist nur ein Sensor 134 mit der Steuerung verbunden gezeigt. Die Steuerung 150 umfasst insbesondere eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Recheneinheit und ist für eine automatische Reglerparametrierung eingerichtet.
Nachfolgend wird beschrieben, wie bei der dargestellten Druckmaschine im Stand der Technik eine Seitenregisterregelung als Standfarbenregelung durchgeführt wird. In den einzelnen Bahnabschnitten zwischen den Druckwerken 120 bis 140 und hinter Druckwerk 140 sind die Sensoren 132, 133, 134 angeordnet, die die Registerlage der Warenbahn 101 bestimmen und dazu bspw. als Markenleser ausgebildet sind. Beim Durchlauf der Warenbahn 101, z.B. Papier, wird jeweils von einem Markenleser die Ausdehnung der vom zugehörigen Druckwerk aufgebrachten Marke sowie der vom ersten Druckwerk 110 aufgebrachten Marke in Richtung R erfasst (Standfarbenregelung). Die Messwerte werden einer Einrichtung zur Registerregelung (Registerregler) zugeführt. Daraus kann eine jeweilige Registerabweichung berechnet werden. Festgestellte Registerabweichungen werden zur Positionierung des jeweiligen Druckwerks verwendet. Die Standfarbenregelung hat den Vorteil, dass im Prinzip ein Sensor (hinter dem letzten Druckwerk) ausreichend ist. Jedoch dauert es bei der Standfarbenregelung entsprechend lange, bis eine vom ersten Druckwerk gedruckte Druckmarke bis zum letzten Druckwerk transportiert ist. Erst dann kann die Seitenregisterregelung des letzten Druckwerkes beginnen, ihren Regelvorgang zu starten. Bei Tiefdruckmaschinen kann diese Länge im Bereich 100 m liegen.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform wird der Registerregler unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch parametriert. Es versteht sich, dass der Registerregler in der Recheneinheit 150, beispielsweise einem Computer, verkörpert sein kann.
In Figur 2 ist das Prinzip der Berücksichtigung der Markenform beispielhaft erläutert. Unter Bezugnahme auf Figur 1 und bei beispielhafter Zugrundelegung eine Standfarbenregelung vermisst der Registermarkensensor 134 eine vom Druckwerk 110 aufgebrachte Marke 201 sowie eine vom Druckwerk 140 aufgebrachte Marke 202. Die Marken 201 und 202 sind in vorliegendem Beispiel als rechtwinklige Dreiecke ausgeführt, wobei für die weitere Betrachtung lediglich der Winkel a betrachtet wird. Bei der Registerregelung werden die Ausdehnung dl der Marke 201 und die Ausdehnung d2 der Marke 202 in Materialflussrichtung bestimmt und deren Differenz dl - d2 für die Seitenregisterregelung herangezogen. Aufgabe der Seitenregisterregelung ist es, die Differenz dl - d2 auf 0 (optional auf einen angegebenen Sollwert zu regeln, da die Marken aufgrund Ihres Kontrasts mit einer unterschiedlichen Breite vermessen werden können) zu regeln. Wie jedoch bei der Betrachtung der Figur 2 erkennbar ist, entspricht die Differenz dl - d2 nicht der tatsächlichen Seitenregisterabweichung e. Die tatsächliche Abweichung e ergibt sich im vorliegenden Beispiel einer Dreiecksmarke zu e = [cos a/sin a](d2 - dl).
Erfindungsgemäß wurde dieser Unterschied zwischen der für die Regelung verwendeten Regelgröße dl - d2 und der eigentlichen Registerabweichung e erkannt und berücksichtigt. Der Unterschied wird von einem Maschinenparameter, hier von der Markenform, beeinflusst und wirkt sich auf die Streckenverstärkung aus, im vorliegenden Beispiel mit dem Faktor cos a/sin a.
In der Regel wird die Regelabweichung dl - d2 in mm (optional auch in Grad) bestimmt und daraus eine Stellgröße für die entsprechende Seitenregister- Versteilvorrichtung 112 bestimmt. Diese Stellgröße ist abhängig von der Verstellgeschwindigkeit v der Verstellvorrichtung. Soll beispielsweise um 1 mm verstellt werden, benötigt eine Verstellvorrichtung mit einer Verstellgeschwindigkeit von 1 mm/s dafür mindestens eine Sekunde, wohingegen eine Verstellvorrichtung mit einer Verstellgeschwindigkeit von 0,5 mm/s dafür zumindest zwei Sekunden benötigt. Im ersten Fall ist die Streckenverstärkung somit größer und damit eine kleinere Reglerverstärkung KR besser.
Weiterhin sind die Seitenregister- VerStellvorrichtungen 112 häufig 'derart ausgebildet, dass sie nur eine gewisse Mindestverstellung durchführen können, beispielsweise weil sie pulsgesteuert sind. Dies kann in gewissen Situationen dazu führen, dass ständige Stellbewegungen durchgeführt werden, die zu einem unruhigen Bahnlauf führen. Es sei beispielsweise angenommen, dass eine Verstellvorrichtung minimal x mm pro Puls verstellen kann. In einer vereinfachenden Annahme wird ein P-Regler mit Verstärkung K = 1 verwendet und die Verstellung wird bis zur nächsten Messung vollständig wirksam (Strecken Verstärkung Ks = 1). Tritt nun eine Abweichung von +x/2 mm auf, so erfolgt eine Verstellung um -x mm. Dies führt zu einer Abweichung von -x/2 mm. Nun wird wiederum um +x mm verstellt, was zu einer Abweichung von +x/2 mm führt. In der Folge wird ein ständiges Verstellen durchgeführt. Dies fuhrt zu einem unruhigen System und kann sich bei mehreren verkoppelten Reglern in der Maschine aufschwingen. Weiterhin kann die Verstellvorrichtung durch ständige Verstellungen abgenutzt werden. Vorzugsweise wird diese Mindestverstellungen daher bei der Reglerauslegung berücksichtigt. Die Berücksichtigung der Minimalverstellung kann durch eine tote Zone am Reglerausgang und/oder am Reglereingang vorgesehen werden. Bei einer pulsgesteuerten Verstellvorrichtung kann diese tote Zone am Reglerausgang wie folgt berechnet werden:
(1) Tote Zone am Reglerausgang = minimale Pulsdauer * Verstellgeschwindigkeit v der Verstellvorrichtung.
(2) Tote Zone am Reglereingang = Tote Zone am Reglerausgang / Verstärkung der Reglers.
In (2) wurde nur die Verstärkung des Reglers berücksichtigt. Bei einem - PI-Regler müsste ebenfalls der I-Anteil des Reglers berücksichtigt werden. Durch Verwendung der toten Zone kann ein ständig schwingendes Verstellen der Verstellvorrichtung verhindert werden. Befindet sich die tote Zone am Reglereingang, so wird diese in Ausgestaltung der Erfindung in Abhängigkeit von Prozessgrößen dynamisch angepasst. Beispielsweise wird sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit eine ändernde P-Verstärkung des Reglers und somit eine andere tote Zone am Reglereingang ergeben.
In Figur 3 ist ein erfindungsgemäß modellierter Regelkreis schematisch dargestellt und insgesamt mit 300 bezeichnet. Dem Regelkreis kann beispielsweise eine Druckmaschine gemäß Figur 1 zugrunde liegen. Der Regelkreis 300 umfasst ein PI-Glied 310 mit einer Regelverstärkung KR und einer Nachstellzeit TN- Das Streckenverhalten mit der Streckenzeitkonstanten Ts und der Strecken Verstärkung Ks ist in einem PT1 -Glied 340 modelliert. Vorhandene Totzeiten, wie z.B. eine konstante Totzeit, die von der Rechenzeit der Recheneinheit hervorgerufen wird, eine geschwindigkeitsabhängige Totzeit, die vom Rampenverhalten der Stellgröße hervorgerufen wird, eine geschwindigkeitsabhängige Totzeit, die durch den Abstand des Sensors vom Druckwerk hervorgerufen wird, eine durch die Messzeit des Sensors hervorgerufene konstante Totzeit und/oder eine durch die Datenübertragung hervorgerufene konstante Totzeit, sind in einem Regelkreisglied 330 zusammengefasst, welches durch eine Summen- Totzeit Ts gekennzeichnet ist. Das Regelkreisglied 330 kann mittels PTl -Verhalten angenähert werden. Es versteht sich, dass daneben auch andere regeltechnische Näherungen möglich sind. Die Stellung des Regelkreisgliedes 330 innerhalb des Regelkreises 300 ist vom zuständigen Fachmann wählbar. Beispielsweise kann das Regelkreisglied 330 auch in der Rückführung angeordnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gehen in das Modell der Regelstrecke 340 eine Verstellgeschwindigkeit v der Seitenregister- Verstellvorrichtungen 112 sowie ein Winkel a der Registermarken ein.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Modellierung eines Regelkreises (300) zur Regelung eines
Seitenregisters (e) einer Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung einer Warenbahn (101), insbesondere wellenlose Druckmaschine (100),
wobei wenigstens ein Maschinenparameter (v, a), welcher die Streckenverstärkung (Ks) beeinflusst, bei der Modellierung berücksichtigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Markenform (a) einer
Seitenregistermarke (201 , 202) als Maschinenparameter bei der Modellierung berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei wenigstens ein Winkel (a) einer eckigen, insbesondere dreieckigen, Seitenregistermarke (201, 202) als Maschinenparameter bei der Modellierung berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine
Verstellgeschwindigkeit (v) einer Seitenregister- Versteilvorrichtung (112) als
Maschinenparameter bei der Modellierung berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine
Minimalverstellung einer Seitenregister- Verstellvorrichtung (112) bei der Modellierung berücksichtigt wird.
6. . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine
Maximalverstellung einer Seitenregister- Verstellvorrichtung (112) bei der Modellierung berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Totzeit (Ts ) bei der Modellierung berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf Grundlage des modellierten Regelkreises (300) eine Bestimmung von Reglerparametem (KR, TN) erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Auslegung der Reglerparameter (KR, TN) auf Störverhalten hin erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Führungsverhalten durch eine Vorfilterung der Führungsgröße, insbesondere mittels eines PTl -Filters, optimiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die Bestimmung der
Reglerparameter (KR, TN) in Abhängigkeit von einem Kennlinienfeld erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Bearbeitungsmaschine eine Druckmaschine (100), insbesondere eine Tiefdruckmaschine oder eine Flexodruckmaschine ist.
13. Recheneinheit (150), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzufuhren.
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