DE102009048951A1 - Method for modeling a page register control loop for a processing machine - Google Patents
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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 (K) beeinflusst, bei der Modellierung berücksichtigt wird.The invention relates to a method for modeling a control loop (300) for controlling a page register of a processing machine for processing a material web (101), in particular a shaftless printing machine (100), with at least one machine parameter (v, a) influencing the path gain (K) , is taken into account in the modeling.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung eines Regelkreises zur Regelung eines Seitenregisters einer Bearbeitungsmaschine sowie eine entsprechend eingerichtete Recheneinheit.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.
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.Although hereinafter mainly referred to printing presses, the invention is not limited thereto, but rather directed to all types of processing machines in which a web or sporadic material (sheet) is processed. However, the invention is particularly in printing machines, such. As newspaper printing machines, commercial printing machines, gravure printing machines, packaging printing machines or securities printing machines, as well as processing machines, such. As bag 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.
Stand der TechnikState of the art
Für den Mehrfarbendruck sind Druckmaschinen mit mehreren Druckwerken bspw. aus der
Sind die Art der Regelstrecke und ihre Streckenparameter bekannt, ist neben der manuellen Parametrierung 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 (Streckenverhalten). Das Streckenverhalten einer Stellbewegung beispielsweise eines Druckwerks wird dabei üblicherweise als PT1-Glied mit einer Streckenverstärkung 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.If the type of controlled system and its route parameters are known, a calculated parameterization is possible in addition to the manual parameterization. For this purpose, it is necessary to model the observed control loop. The control loop structure consists at least of the two elements controller and controlled system (path behavior). The path behavior of an adjusting movement, for example of a printing unit, is usually modeled as a PT1 element with a path gain K S and a (speed-dependent) path time constant T I or T S. Control technology usually the track behavior is compensated by means of a PI controller such that there is a second-order system. There are different design criteria for the P-gain and the I-share. Use then find known adjustment methods such. B. Symmetrical optimum or root locus method.
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.With regard to the lateral register control, 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 control, and on the other hand, the automatic adaptation methods are not yet so mature that optimum results are achieved.
Die nicht vorveröffentlichte
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
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.Against this background, 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.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
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.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.
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.
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.
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-Verstellvorrichtung 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.In the side register control, 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 the drive driving this movement, z. B. spindle drive, stepper motor u. Ä., Dependent and often characterized by a fixed at least after setting movement speed (adjustment speed). In an advantageous embodiment of the invention, this adjustment speed is taken into account. It has namely been recognized that the adjustment speed of a side register adjustment device has a direct influence on the path gain K S and thus on the controller parameters. It is K S ~ Verstellgeschwindigkeit. Conveniently, the adjustment, to which also z. B. an adjustment speed of the drive together with a feed constant (spindle pitch) of the mechanism counts, in the inventive computing unit can be entered and / or read out from the relevant drive and / or predetermined in the relevant drive.
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-Verstellvorrichtung berücksichtigt. Damit kann die Regelung verbessert und der Bedruckstoff sowie die Bearbeitungsmaschine vor Schäden geschützt werden. Ein unruhiger Bahnlauf wird vermieden. Eine Minimalverstellung 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.In the side register control actuators are often used that perform a certain minimum adjustment, for example, because they are pulse-controlled. A maximum adjustment movement per adjustment can, for example, be provided in order not to damage or destroy the material. Advantageously, a minimum adjustment and / or a maximum adjustment of a side register adjustment device are taken into account in the modeling. Thus, the scheme can be improved and the substrate and the machine can be protected from damage. An uneven web run is avoided. 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.
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
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.Expediently, a determination of controller parameters is carried out on the basis of the modeled control loop. This determination can in particular automatically within a computing unit, such. B. a controller or a register controller, done. With this preferred embodiment of the invention, it is thus possible to automatically provide optimal parameterization of the controller at any time of processing by a processing machine.
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.Alternatively, it is advisable to carry out the determination of the controller parameters as a function of a characteristic field. As has already been explained above, only a few variables are used as parameters in the modeling, whereas many variables, such as, for example, As the brand shape, Verstellgeschwindigkeiten, distances, constant dead times, etc., are fixed. For this reason, it makes sense, characteristic curves depending on the variable variables such. B. web speed provide 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.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
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. Also, the implementation of the invention in the form of software is advantageous because this allows very low cost, especially if an executing processing unit is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for the provision of 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.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenbeschreibungfigure description
In
Die Antriebe
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
Gemäß der dargestellten Ausführungsform wird der Registerregler unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch parametriert. Es versteht sich, dass der Registerregler in der Recheneinheit
In
Erfindungsgemäß wurde dieser Unterschied zwischen der für die Regelung verwendeten Regelgröße d1–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 cosa/sina.According to the invention, 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 influenced by a machine parameter, in this case the brand shape, and has an effect on the path gain, in the present example with the factor cosa / sina.
In der Regel wird die Regelabweichung d1–d2 in mm (optional auch in Grad) bestimmt und daraus eine Stellgröße für die entsprechende Seitenregister-Verstellvorrichtung
Weiterhin sind die Seitenregister-Verstellvorrichtungen
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.
- (1) dead zone at the controller output = minimum pulse duration · adjustment speed v of the adjustment device.
- (2) Dead zone at the controller input = dead zone at the controller output / gain of the controller.
In (2) wurde nur die Verstärkung des Reglers berücksichtigt. Bei einem PI-Regler müsste ebenfalls der I-Anteil des Reglers berücksichtigt werden.In (2) only the gain of the controller was considered. With a PI controller, the I component of the controller would also have to be taken into account.
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.By using the dead zone, a constantly oscillating adjustment of the adjustment can be prevented. If the dead zone is located at the controller input, then in an embodiment of the invention, this is dynamically adapted as a function of process variables. For example, depending on the speed, a changing P gain of the controller and thus another dead zone at the controller input will result.
In
Das Regelkreisglied
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gehen in das Modell der Regelstrecke
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102008035639 [0006, 0013] DE 102008035639 [0006, 0013]
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