EP2243630B1 - Rotations-druckmaschine mit synchronisation der falz-antriebsgruppe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation eines oder mehrerer Antriebe einer Falzeinheit einer bahnartige Objekte verarbeitenden Druckmaschine mit weiteren Antrieben der Druckmaschine. Die Synchronisation erfolgt dadurch, dass diese Antriebe (sowohl der Falzeinheit als auch sonstiger Funktionskomponenten der Druckmaschine) über ein gemeinsames, echtzeitfähiges Kommunikationsnetzwerk, in Ringstruktur (Letzteres beispielsweise bekannt als "SERCOS-Ring"), auf eine gemeinsame Leitachse synchronisiert werden, gemäß erster Teil/Oberbegriff des Anspruchs 1.. Ferner betrifft die Erfindung eine Rotations-Druckmaschine mit mindestens einer Falzeinheit, wobei die Funktionseinheiten der Druckmaschine nebst Falzeinheit bewegbar sind durch mehrere erste Antriebe, die Knoten eines gemeinsamen Kommunikationsnetzwerkes sind, gemäß erster Teil/Oberbegriff des Anspruchs 4.
• Bei Rotations-Druckmaschinen werden die Funktionskomponenten wie Falzeinheit, Druckzylinder der Druckeinheit usw. in der Regel durch elektrische Einzelantriebe bewegt. Diese müssen zum registergerechten Zusammenwirken aufeinander synchronisiert werden, damit die Druckerzeugnisse in der geforderten Qualität produziert werden können. Die Synchronisation erfolgt in der Regel über eine von einer übergeordneten Steuerung vorgegebenen, gemeinsamen Leitachse, anhand welcher sich die einzelnen Antriebe in ihrer Lage und Geschwindigkeit individuell ausrichten. Die Synchronisation anhand der Leitachse muss dabei in der Regel den Falzapparat bzw. die Falzeinheit der Druckmaschine mit umfassen. Das heißt, dass die in der Regel mit dem bahnartigen Objekt in körperlichem Eingriff stehenden Funktionskomponenten der Druckmaschine wie Falzeinheit mit Schaufelrad und Messerzylinder, Einzugs- und Auszugswerk für die Objektbahn, Rollenwechsler usw. (sogenannte "Falz-Antriebsgruppe") um einen bestimmten Versatz bewegt werden müssen, damit eine Synchronisation mit der übergeordneten Leitachse erreicht werden kann.
• EP 1 772 263 A1 lehrt, sämtliche Einzelantriebe, die voneinander mechanisch unabhängig angetrieben sind, einschließlich die des Falzapparats, Einzugswerks, Rollenwechslers und sonstiger Zugwalzen in ringartige Echtzeitbusse mit Querkommunikation als Kommunikationssystem zu integrieren, um eine Synchronisation untereinander durch Übertragung eines in übergeordneten Steuerungen generierten Synchronisationstaktes zu erzielen. So wird der Falzapparat, ausgehend von einem Anfangszustand, auf eine Leitachse synchronisiert, indem seine Antriebe sich an über den Echtzeitbus übermittelte Sollwertvorgaben der Leitachse angleichen. Zusätzlich ist vorgesehen, dass in den Falzapparat bzw. die Falzeinheit transportierende Hilfsaggregate wie Einzugs-oder Auszugswerk oder dergleichen zur Bewegung der Falzeinheit während deren Aufsynchronisierens lage- und geschwindigkeitssynchrone Bewegungen ausführen. Bei dem in EP 1 772 263 A1 dargestellten Konzept ist es allerdings notwendig, dass sämtliche Antriebe, auch die den Falz-Hilfsaggregaten oder dem Rollenwechsler zugeordneten Antriebe, zur Datenkommunikation im ringartigen Echtzeitbus ausgebildet sind, was die Anforderungen an die Kommunikationsintelligenz der einzusetzenden Antriebskomponenten und damit die Beschaffungskosten dafür erhöht.
• US 2006/207 450 A1 beschreibt eine Antriebseinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Funktionseinheit einer Druckmaschine mit einer virtuellen Leitachse zur Erzielung einer Winkel-Sollposition eines Antriebs dieser Funktionseinheit. Insbesondere wird beschrieben, mit Pulsfolgen aus einem Emulator Antriebe anzusteuern. Die Pulsfolgen werden hierbei allerdings ausschließlich anhand der Leitachse aus einem Bussystem erzeugt. Alternativ wird vorgeschlagen, die Pulsfolgen auch direkt aus einer Antriebssteuerung für den Bus zu erzeugen und mittels des Emulators gleichsam nur weiterzuleiten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rotations-Druckmaschine mit Synchronisation der Falzantriebsgruppe die synchronisierende Leitachs-Sollwertvorgabe zu vereinfachen. Zur Lösung wird auf das im Anspruch 1 angegebene Synchronisationsverfahren und die im unabhängigen Anspruch 4 angegebene Rotations-Druckmaschine verwiesen. Vorteilhafte, optionale Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
• Erfindungsgemäß werden in der Druckmaschine, insbesondere Rotations-Druckmaschine, noch Antriebe außerhalb des Kommunikationsverbundes bzw. -netzwerkes angeordnet und betrieben (sogenannte "zweite Antriebe"). Bei der Auswahl der Antriebskomponenten dafür ist man nicht auf Kompatibilität mit dem Kommunikationsnetzwerk beschränkt. Die Anforderungen an die Kommunikationsfähigkeit der Antriebskomponenten und damit die Kosten dafür sind vorteilhaft herabgesetzt. Wichtig ist, dass die zweiten Antriebe jeweils einen Gebereingang, insbesondere Inkrementalgebereingang aufweisen, der bei Standard-Antrieben nahezu immer verfügbar ist.
• Nach einem zweiten Erfindungsmerkmal werdenvon wenigstens einem über den Kommunikationsverbund bzw. über das Kommunikationsnetzwerk synchronisierten Antrieb synchrone Leitachs-Sollwertvorgaben mittelbar oder unmittelbar abgeleitet, gleichsam abgegriffen und in Impulsfolgen oder analoge Signalformen umgewandelt, welche den Ausgangssignalen eines Lage-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssensors, beispielsweise eines Inkrementalgebers, Resolvers oder eines Ferraris-Beschleunigungssensors entsprechen. Damit wird der Vorteil der Kompatibilität mit dem jeweiligen Standard-Gebereingang marktgängiger Antriebskomponenten erzielt, und Letztere können gemeinsam mit dem über das Kommunikationsnetzwerk geknüpften Antriebsverbund auf die Leitachse mit geringem Aufwand synchronisiert werden.
• Gemäß Erfindung werden die Gebersignale für die zweiten ("externen") Antriebe der Druckmaschine mit einem realen Sensor erzeugt, der mit einer realen Achse, beispielsweise drehbare Welle, eines der ersten, im Kommunikationsverbund arbeitenden Antriebe gekoppelt ist. Bei diesem realen Sensor kann es sich beispielsweise um einen "echten" inkrementalgeber handeln. Das entsprechende Sensor-, insbesondere Inkrementalgeber-Ausgangssignal, welches die synchronisierende Leitachs-Sollwertvorgabe beinhaltet, lässt sich leicht bei einem Geber-Standardeingang der mit üblichen Antriebskomponenten realisierten zweiten Antriebe einspeisen.
• Optional können zur Erzeugung geberartiger Signale zusätzlich ein oder mehrere Geberemulatoren kommunikationstechnisch mit Reglern oder sonstigen Knoten der im Kommunikationsverbund oder -netzwerk arbeitenden bzw. miteinander kommunizierenden ersten Antriebe in Verbindung gesetzt. Der oder die Geberemulatoren können dann eingangsseitig Daten empfangen, welche synchronisierende Leitachs-Sollwertvorgaben enthalten. Diese werden im Zuge der Emulation artifiziell in geber- bzw. sensorartige Ausgangssignale für den jeweiligen Geber-Standardeingang umgesetzt.
• Grundsätzlich eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, Antriebseinheiten, die nicht im Kommunikationsverbund enthalten sind, bei der Synchronisation der Falz-Antriebsgruppe (alle Antriebe/Aggregate, die sich im Eingriff mit der Objektbahn befinden) mit einzubinden. Es wird möglich, diese "zweiten" Antriebe/Aggregate bei der Synchronisationsbewegung der Falz-Antriebsgruppe mit einzubeziehen bzw. zu integrieren.
• Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung lässt sich das Erfindungs-Grundprinzip auf den Rollenwechsler einer Druckmaschine anwenden: Nach eingangs erörtertem Stand der Technik ( EP 1 772 263 A1 ) muss der Rollenwechsler-Antrieb zur Kategorie der "ersten" Antriebe gehören, nämlich Bestandteil des über das Kommunikationsnetzwerk geknüpften Antriebsverbundes sein. Alternativ könnte der Rollenwechsler im Zusammenhang mit der Bahnspannung bzw. der Abwicklung der Objektbahn durch eine an sich bekannte Tänzerwalze gesteuert sein. Diese Art der Regelung kann als P-Regler (Proportional-Regler) aufgefasst werden. Mit diesem Reglertyp ist allerdings der Nachteil verbunden, dass immer erst eine Regelabweichung entstehen muss, damit eine Stellgröße entsteht. Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, aus dem Antriebs- und/oder Kommunikationsverbund der ersten Antriebe Gebersignale abzuleiten und diese einem üblichen Standard-Gebereingang des Rollenwechsler-Antriebs zuzuführen.
• Die nachfolgende Beschreibung eines von den Patentansprüchen nicht erfassten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung dient der Erläuterung der beanspruchten Erfindung lediglich per Analogie. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur ein schematisches Blockschaltbild mit darüber befindlichem Geräteschaubild eines Ausführungsbeispiels des Synchronisationssystems für die Falz-Antriebsgruppe.
• Gemäß der einzigen Figur wird in einer Rotations-Druckmaschine in an sich bekannter Weise von einem Rollenwechsler 2 aus über ein Tänzerwalze 3 zur Regelung der mechanischen Spannung der Objektbahn, über eine Einzugswalze 4 oder sonstiges Einzugswerk, über zwei oder mehr Druckeinheiten DE01, DE02 (beispielsweise Drucktürme mit jeweils acht Gummituch- und acht Plattenzylindern und acht paarweise zugehörigen Antriebsmotoren M), über ein Auszugswerk 5 mit mehreren zugeordneten Antriebsmotoren M und über eine Umlenkwalze 6 das zu bearbeitende bahnförmige Objekt bzw. Objektbahn 1 in eine Falzeinheit FE01 mit zugehörigen Antriebsmotoren M beispielsweise für Messerzylinder, Schaufelrad usw. transportiert. Allen Antriebsmotoren M sind jeweils Antriebsregler R zugeordnet, die in an sich bekannter Weise in Kommunikationsverbünde in Form von beispielsweise ringförmigen Echtzeit-Feldbussystemen mit Querkommunikation Q untereinander eingebunden sind. Entsprechende Kommunikationsringe sind auf dem Markt beispielsweise unter der Bezeichnung "SERCOS" erhältlich. In einer übergeordneten Leitsteuerungsebene L sind mehrere Steuerungseinheiten S angesiedelt, weiche zum größten Teil bzw. zumindest teilweise mit einem als Busmaster BM ausgeführten Antriebsegler R eines jeweiligen SERCOS-Antriebs- und Kommunikationsringes in Verbindung stehen. Über die jeweiligen Busmaster BM, welche von der übergeordneten Leitsteuerungsebene L synchronisierende Leitachs-Sollwertvorgaben wie beispielsweise Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssollwerte erhalten, und über den Querkommunikations-Ringbus Q werden diese synchronisierenden Leitachs-Sollwertvorgaben an weitere Busmaster anderer lokaler SERCOS-Ringe und auch an einen Geberemulator GE verteilt, welcher ebenfalls an dem SERCOS-Ringbus zur Querkommunikation Q angeschlossen ist und mit einer eigens zugeordneten Steuerungseinheit S in Verbindung steht.
• Nicht enthalten in den SERCOS-Kommunikationsringen ist ein externer Antriebsregler R_ext, welcher den Antriebsmotor für den Rollenwechsler 2 kontrolliert. Der Rollenwechsler 2 mit seinem Antrieb R_ext, A gehört zu einer Antriebsgruppe I, welche die Antriebe der mit der Papier- bzw. Objektbahn 1 in Eingriff befindlichen Aggregate/Funktionskomponenten (Einzugswalze 4, Auszugswerk 5 und Falzeinheit FE01 und gegebenenfalls anderes) umfasst. Die weitere Antriebsgruppe II schließt mit den jeweils zugeordneten Antrieben R,M die Druckeinheiten DE01, DE02 ein, die sich in einer Vor Produktionsphase noch in der "Druck-Ab"-Stellung, aber noch nicht in der "Druck-An"-Stellung, also noch nicht im Eingriff mit der Objektbahn 1 befinden.
• Mit der erfindungsgemäßen Methode ist es grundsätzlich möglich, Antriebe, die nicht in einem SERCOS-Kommunikationsring eingebunden sind, bei der Synchronisation der Falzeinheit FE01 mit zu synchronisieren. Zur Reduzierung der Makulatur muss die Falzeinheit FE01 in möglichst kurzer Zeit auf eine Synchronposition relativ zur Leitachse positioniert werden. Dazu müssen alle Funktionskomponenten der Antriebsgruppe I, die also im Eingriff mit der Papier-bzw. Objektbahn 1 sind, mit einer relativ zur Objektbahn identischen Geschwindigkeit verstellt werden. Dies ist ohne weiteres für die Antriebe R, M möglich, die in den SERCOS-Kommunikationsringen zusammengefasst und damit kommunikationstechnisch für synchronisierende Leitachs-Sollwertvorgaben erreichbar sind. Andere, nicht im SERCOS-Kommunikationsring eingebundene Antriebe, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Rollenwechsler 2 mit nachgeordneter Tanzerregelung 3, sind für die Leitachs-Sollwertvorgaben nicht über die SERCOS-Kommunikationsringe, sondern nur indirekt erreichbar.
• Dazu wird gemäß gezeichnetem Ausführungsbeispiel der Umstand genutzt, dass nahezu alle marktgängigen Antriebe einen Inkrementalgebereingang IE aufweisen, der über schaltungs- und/oder programmtechnische Mittel auch zur Sollwertvorgabe genutzt werden kann. Vorliegend ist der Geberemulator GE als Baugruppe zur Erzeugung von Inkrementalgebersignalen in den SERCOS-Querkommunikationsring oder -zweig Q (Teil des Kommunikationsnetzwerkes Eercos-Ring) eingebunden, welcher auch der Synchronisierung der Falzeinheit auf die Leitachse dient. Infolgedessen kann über diesen Querkommunikationsring Q auch der Geberemulator synchronisierende Leitachs-Sollwertvorgaben empfangen, diese in entsprechende, für Inkrementalgeber typische Impulsfolge-Spursignale umwandeln (vgl. z. B. EP 1 311 934 B1 ) und dem außerhalb des Kommunikationsverbundes angesiedelten, externen Antriebsregler R_ext des Rollenwechslers 2 zuführen. Die vom Geberemulator nachgebildeten, für Inkrementalgeber typischen Impulsspuren 7 sind dann synchron zu den Leitachs-Sollwertvorgaben für die Falzeinheit FE01.
• Mit dem anhand dieses Ausführungsbeispiels veranschaulichten Prinzip ist es grundsätzlich möglich, auch externen Antrieben, welche nicht in einem synchronen Kommunikationsverbund integriert sind, synchrone Sollwertvorgaben zu machen und auf dieselbe Leitachse zu synchronisieren, die im Kommunikationsverbund vorherrscht. Andernfalls wären die nicht im Kommunikationsverbund eingebundenen "zweiten" Antriebe vom Synchronisiervorgang, beispielsweise von der Falzsynchronisation mit im Bahneingriff befindlichen Antrieben/Aggregaten/Funktionskomponenten, ausgeschlossen. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einbindung über die auf die Leitachs-Sollwertvorgaben basierende Gebersignalerzeugung, im dargestellten, von den Ansprüchen nicht erfassten, rein illustrativen Ausführungsbeispiel Geberemulation GE, können die nicht eingebundenen Funktionskomponenten nebst ihren Antrieben, beispielsweise Rollenwechsler 2, sofort der Synchronisierbewegung folgen, wenn eine Leitachs-Sollwertvorgabe an die im Kommunikationsverbund befindlichen ersten Antriebseinheiten R,M erfolgt. Insbesondere wird gemäß obigem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit der Tänzerregelung eine zu große Regelabweichung und die damit verbundene Gefahr von Papierriss vermieden.
Bezugszeichenliste

1

Objektbahn

2

Rollenwechsler

3

Tänzerwalze

4

Einzugswalze

DE01

Druckeinheit

DE02

Druckeinheit

M

Antriebsmotor

5

Auszugswerk

6

Umlenkwalze

FE01

Falzeinheit

R

Antriebsregler

Q

Querkommunikation

L

Leitsteuerungsebene

S

Steuerungseinheit

BM

Busmaster

GE

Geberemulator

R_ext

externer Antriebsregler

IE

Inkrementalgebereingang

7

emuliertes Gebersignal

Claims (5)

1. Verfahren zur Synchronisation eines oder mehrerer Antriebe (R,M) einer Falzeinheit (FE01) einer bahnartige Objekte (1) verarbeitenden Druckmaschine mit weiteren Antrieben (R,M) der Druckmaschine, indem diese ersten Antriebe (R,M) in einem gemeinsamen Kommunikationsnetzwerk (Sercos-Ring) in Form eines ringförmigen Echtzeit-Feldbus auf eine gemeinsame Leitachse synchronisiert werden, wobei in der Druckmaschine außerhalb des Kommunikationsnetzwerkes (Sercos-Ring) ein oder mehrere zweite Antriebe (R_ext,M) betrieben werden, der oder die, jeweils mit Gebereingang (IE) versehen, auf die Leitachse des Kommunikationsnetzwerkes (Sercos-Ring) synchronisiert werden, indem abhängig von synchronen Sollwertvorgaben der Leitachse im Kommunikationsnetzwerk (Sercos-Ring) Lagegeber- und/oder Geschwindigkeitsgeber- und/oder Beschleunigungsgeber-Signale erzeugt und als Sollwerte den jeweiligen Gebereingängen (IE) des oder der zweiten Antriebe (R_ext,M) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Gebersignale eine reale Achse eines der ersten, im Kommunikationsnetzwerk (Sercos-Ring) arbeitenden Antriebe (R,M) mit einem Sensor auf Lage, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung hin abgetastet wird, und das entsprechende Sensor-Ausgangssignal dem einem oder den mehreren zweiten Antrieben (R_ext,M) als Sollwert zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Falz-Synchronisationsvorganges wenigstens einige der ersten und zweiten Antriebe (R,M; R_ext,M) gleichzeitig mit dem gemeinsamen bahnartigen Objekt (1) in Eingriff gebracht werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Antriebe (R,M) beziehungsweise der davon bewegten Druckmaschinen-Funktionskomponenten, insbesondere Druckeinheiten (DE01,DE02) oder Druckzylinder, während des Falz-Synchronisationsvorganges mit dem bahnartigen Objekt (1) außer Eingriff gehalten wird.
4. Rotations-Druckmaschine mit mindestens einer Falzeinheit (FE01) als eine von Funktionseinheiten, die bewegbar sind durch mehrere erste Antriebe (R,M), die Knoten eines gemeinsamen Kommunikationsnetzwerkes (Sercos-Ring) in Form eines ringförmigen Echtzeit-Feldbus sind, worüber die ersten Antriebe (R,M) auf eine gemeinsame Leitachse synchronisierbar sind oder synchronisiert werden, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem oder mehreren, jeweils mit Gebereingang (IE) versehenen, zweiten Antrieben (R_ext,M), die außerhalb des Kommunikationsnetzwerkes (Sercos-Ring) angeordnet sind und betrieben werden, wobei mit wenigstens einem der ersten Antriebe (R,M) und/oder der Leitachse innerhalb des Kommunikationsnetzwerkes (Sercos-Ring) ein Gebersignalgenerator (GE) gekoppelt ist, der ausgangseitig mit dem oder den Gebereingängen (IE) des oder der zweiten Antriebe (R_ext,M) verbunden ist, welche programm- und/oder schaltungstechnisch dazu ausgebildet sind, den Gebereingang (IE) zur synchronen Sollwertvorgabe zu verwenden dadurch gekennzeichnet, dass der Gebersignalgenerator als Lage-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssensor ausgebildet und mit einer realen Achse einer der ersten, im Kommunikationsnetzwerk (Sercos-Ring) arbeitenden Antriebe (R,M) gekoppelt ist, und ein entsprechendes Sensor-Ausgangssignal dem oder den Gebereingängen (IE) des oder der zweiten Antriebe (R_ext,M) zugeführt ist.
5. Rotations-Druckmaschine nach Anspruch 4, wobei ein Rollenwechsler (2) mit einem zweiten, außerhalb des Kommunikationsnetzwerkes (Sercos-Ring) betriebenen Antrieb (R_ext,M) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebersignalgenerator (GE) ausgangsseitig mit dem Rollenwechsler-Antrieb (R_ext,M) und/oder dessen Gebereingang (JE) verbunden ist.

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