Die Erfindung betrifft ein Referenzierverfahren für eine Maschine oder Anlage zur Bearbeitung länglicher, bahn- und/oder strangartiger Objekte, geeignet insbesondere zur Durchführung in einer Druckmaschine zum Bedrucken von Papierbahnen. Dabei werden die Objekte vor ihrer Bearbeitung in die Maschine oder Anlage eingezogen, welche für die Objektbearbeitung eine Mehrzahl beweglicher Funktionskomponenten aufweisen. Diese sind entsprechend einem internen Maschinen- oder Anlagenkoordinatensystem durch miteinander synchronisierbare Antriebseinheiten bewegbar, und die Antriebseinheiten werden über Sensoren für Istwerte der Position, Relativstellung, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Funktionskomponenten und/oder der Antriebseinheiten selbst nach in diesen intern erzeugten Sollwerten und/oder Leitsollwerten aus einer übergeordneten Leitsteuerung rechnergestützt geregelt.

Wie an sich bekannt, dient das Referenzieren zur Herstellung eines Bezugs insbesondere der Lage zwischen den beweglichen Teilen einer komplexen Maschine, beispielsweise zwischen den Druckzylindern, Falzwerken usw. nebst deren Antriebseinheiten einer Druckmaschine. Nach dem Stand der Technik wird das Referenzieren bei der Installation und Inbetriebnahme der Maschine durchgeführt, bevor das zu bearbeitende Objekt, beispielsweise zu bedruckendes Zeitungspapier, in die (Druck-) Maschine eingezogen wird. Da der danach durchzuführende Einziehvorgang ohnehin nur bei verminderter Maschinen-Betriebsgeschwindigkeit ablaufen kann, ergibt sich ein beachtliches Bedürfnis nach einer Referenziermethode, mittels welcher bei der Inbetriebnahme und beim Start sowie Anlaufen einer komplexen Maschine für die Bearbeitung länglicher, strangartiger Objekte der dafür notwendige Zeitaufwand erheblich vermindert werden kann.

EP 0 664 214 A1 offenbart eine Meßfahrt mit zwei Antriebsumdrehungen von Druckzylindern. Dadurch soll die Umfangsregisterabweichung von auf den Druckzylindern aufgesteckten Druckformhülsen festgestellt werden. In einer anschließenden Korrekturfahrt werden mittels Druckluft die Hülsen von den Druckzylindern abgehoben und letztere um die gemessene Winkelabweichung verdreht. Dann können sich die Hülsen in der registerrechten Umfangsposition auf die Druckzylinder festsetzen. Wegen weiterer Einzelheiten wird in der genannten Veröffentlichung auf Spalte 2, Zeile 46 bis Spalte 3, Zeile 11 sowie Spalte 4, Zeile 24 - 52 sowie auf Spalte 6, Zeile 12 - 17 verwiesen. Letztendlich ist damit ein Referenzierverfahren zwischen Druckzylinder und auf diesen aufgespannten Druckformhülsen in einer Druckmaschine offenbart, bei der mehrere Druckwerke von einem einzigen, gemeinsamen Antrieb über eine gemeinsame Antriebswelle (Königswelle") angetrieben werden. Nichts ist aber dazu angegeben, in einer Druckmaschine mit einer Vielzahl von Druckzylindern und einzeln zugeordneten Antrieben die Referenz und Synchronisation zwischen Druckzylindern und Einzelantrieben beim Anfahren herzustellen.

Zur Vermeidung der sich aus dem Stand der Technik ergebenen Nachteile wird bei einem Referenzierverfahren mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mit dem Einziehen des oder der Objekte und/oder mit dem Beschleunigen der Funktionskomponenten auf ihre Dauer-Arbeitsgeschwindigkeiten erst der Bezug bzw. die Referenz und/oder die Synchronisation zwischen den angetriebenen Funktionskomponenten der Maschine oder Anlage hergestellt werden. Damit können die Vorgänge des Referenzierens der beweglichen Maschinenteile aufeinander und des Einziehens der bahn- oder strangartigen Objekte parallel bzw. zeitgleich ablaufen, woraus sich eine Zeitersparnis für die Anfahrphase der Maschine ergibt.

Nach einer besonderen Konkretisierung des Erfindungsgedankens wird die Gesamtfunktion des Referenzierens in folgende drei hintereinander ablaufende Phasen oder Algorithmen gegliedert:

• a) Bei Inbetriebnahme der Maschine oder Anlage und/oder nach Austausch oder Wartung eines oder mehrerer Sensoren oder deren Teile und/oder nach Änderung des Maschinenkoordinatensystems werden vor dem erstmaligen Objekt-Einziehen eine, mehrere oder alle der Funktionskomponenten mittels einer, mehrerer oder aller Antriebseinheiten solange verfahren, bis der oder die Sensoren auf Grundstellungen der ihnen zugeordneten Funktionseinheiten kalibriert sind (sogenannte Referenzpunktfahrt" einmal bei Inbetriebnahme oder Sensor- bzw. Gebertausch);
• b) mit Beginn des Einziehens des oder der Objekte werden alle oder wenigstens einige der Funktionskomponenten in ihre Grundstellungen gefahren, wobei Lageinformationen bezüglich der Funktionskomponenten auf das Maschinenkoordinatensystem abgeglichen werden (Grundstellungsfahrt);
• c) nach der oder den Grundstellungsfahrten werden noch während des Einziehens des oder der Objekte und/oder mit dem Beschleunigen der Funktionskomponenten auf ihre Dauer-Arbeitsgeschwindigkeiten die Bewegungen der Antriebseinheiten und der zugehörigen Funktionskomponenten miteinander synchronisiert (Synchronisieren beim Einziehen und Hochlaufen).

Im Rahmen der Erfindung wird die Synchronisierung anhand einer den Funktionskomponenten und zugehörigen Antriebseinheiten gemeinsamen, virtuellen Leitachse durchgeführt, die zweckmäßig von einer den Antriebseinheiten mit Antriebsreglern übergeordneten Leitsteuerung vorgegeben wird. In diesem Zusammenhang ist eine Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, wonach das Referenzieren nicht in der übergeordneten Leitsteuerung, sondern als Funktion der einzelnen Antriebseinheiten implementiert, also über das gesamte Antriebssystem verteilt lokalisiert ist. Damit läßt sich das Referenzieren besonders flexibel auf spezifische Randbedingungen der jeweiligen Funktions- bzw. Maschinenkomponente anpassen.

Nach einer weiteren Erfindungsausbildung wird jedoch wenigstens die Referenzpunktfahrt gemäß obiger Phase a) von der übergeordneten Leitsteuerung aus getriggert bzw. angestoßen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungswegs der Erfindung am Beispiel einer Druckmaschine sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1

jeweils auf die Zeit bezogene Funktionsdiagramme zum Referenzieren beim Einziehen,

Fig. 2

eine schematische Veranschaulichung der Anordnung der Maschinen- und Sensor-Koordinatensysteme

Fig. 3 u. 4

Flußdiagramme zur Referenzpunktfahrt bzw. Grundstellungsfahrt;

Fig. 5

eine schematische Stirnansicht auf zwei zusammenwirkende Gummizylinder einer Druckmaschine;

Fig. 6 u. 7

jeweils eine prinzipielle Anordnung von Antriebsmotor mit Sensor- bzw. Gebersystem gegenüber der anzutreibenden Last.

In Figur 1, Teil a, ist über die Zeit als Abszisse die Betriebsgeschwindigkeit beispielsweise einer Druckmaschine als Ordinate aufgetragen. Im Teil b ist über die Zeit der Verlauf des Synchronisationsstatus der einzelnen Funktionskomponenten der Druckmaschine aufgetragen. Im Teil c ist über die Zeit dargestellt, ab wann in einer Druckeinheit der Druckmaschine die Druckzylinder aufeinanderrollend zusammenwirken (Druck an").

Gemäß Figur 1, Teil a, ist innerhalb eines ersten Zeitabschnitts t1 die Betriebsgeschwindigkeit noch null, d.h. es erfolgt kein Einziehen des strangartigen Objekts, beispielsweise einer zu bedruckenden Papierbahn. Der erste Zeitabschnitt t1 kann zum Kalibrieren der Koordinatensysteme von Sensorik auf bewegliche Maschinenteile (vgl. weiter zur Fig. 2) verwendet werden, insbesondere zu einer Referenzpunktfahrt bei Inbetriebnahme (siehe oben Verfahrensphase a). Unmittelbar nach Ablauf des ersten Zeitabschnitts t1 wird die Maschine auf eine Einzugsgeschwindigkeit v1 hochgefahren. Diese wird bis zum Ablauf eines zweiten Zeitabschnitts t2 aufrecht erhalten, der sich unmittelbar an den ersten Zeitabschnitt t1 anschließt und beispielsweise ca. 30 Sekunden betragen kann. In diesem Zeitraum finden mindestens zwei Umdrehungen der zu bewegenden Last statt. In einem sich daran unmittelbar anschließenden dritten Zeitabschnitt t3 (der bei einer Druckmaschine ca. 10 Sekunden andauern kann) wird das Hochlaufen der Maschine eingeleitet, um die Betriebs-, insbesondere Druckmaschinengeschwindigkeit v2 für die Produktion zu erreichen. Die Summe der beiden Zeitabschnitte t2 und t3 ergibt den Synchronisierungs-Zeitabschnitt t4, mit dessen Ende nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die einzelnen Einheiten des Antriebs aufeinander synchronisiert sind (vgl. obigen Phase c). Die Grundstellungsfahrt gemäß obiger Phase b wird zweckmäßig in den Beginn des zweiten Zeitabschnitts t2 hineingelegt, indem die Installation und Inbetriebnahme der Maschine abgeschlossen ist und diese zum Normalbetrieb eingeschaltet wird, wobei sie zunächst zum Einziehen der Objekte, beispielsweise des zu bedruckenden Zeitungspapiers, anläuft.

In Figur 2 ist die Anordnung der Koordinatensysteme sowohl für die Maschinen-Funktionskomponenten als auch für die zugeordneten Sensor- bzw. Gebersysteme schematisch dargestellt. Im behandelten Beispiel einer Druckmaschine sind die Funktionskomponenten meist Drehkörper 1, und die Sensoren Drehgeber 2. Für einen Synchronbetrieb müssen letztere auf die Funktionskomponenten kalibriert werden. Hierzu dient eine Referenzpunktfahrt gemäß obiger Phase a, wobei die für die Grundstellungsfahrt gemäß Phase b und für das Synchronisieren gemäß Phase c notwendigen Parameter, gemäß Figur 2 der Winkel α, zu ermitteln und für den späteren Betrieb abzuspeichern ist. Der Winkel α gibt an, um wieviel der Drehkörper 1 aus seiner Grundstellung herauszuverfahren ist, bis der Winkelgeber 2 ein Signal für das Erreichen seines absoluten Nullpunkts abgibt. Die entsprechenden Daten werden zweckmäßig in der zugeordneten Antriebseinheit mit Elektromotor und digitalem Antriebsregler abgespeichert.

Die Referenzpunktfahrt ist bei allen Druckeinheiten- und Falzeinheitenantrieben durchzuführen. Sie wird einmal zum Kalibrieren des Gebersystems auf die Maschinenkoordinaten ausgeführt. Sie hat erstmalig bei der Erstinbetriebnahme des Antriebssystems für die Gesamtmaschine stattzufinden. Nach jedem Austausch des Sensor- bzw. Gebersystems, von Komponenten des Gebersystemes oder Änderungen im Maschinenkoordinatensystem muß die Referenzpunktfahrt wiederholt werden. Es ist nicht notwendig, für Falzaufbauantriebe eine Referenzpunktfahrt durchzuführen.

Der Bezug zur angetriebenen Mechanik und das Gebersystem des Antriebes bestimmen den Ablauf der Referenzpunktfahrt. Diese wird zweckmäßig von einer übergeordneten Leitsteuerung beauftragt. Der notwendige Ablaufplan ist in Figur 3 dargestellt. In einem ersten Ablaufschritt 31 wird der Drehkörper 1, beispielsweise ein Gummizylinder, mechanisch arretiert. Im nächsten Ablaufschritt 32 erfolgt ein Parametrieren der Betriebsart der Antriebseinheit für die Referenzpunktfahrt durch eine übergeordnete Leitsteuerung. Diese setzt im nächsten Ablaufschritt 33 die aktuelle Sollbetriebsart. Im Ablaufschritt 34 liest beispielsweise ein digitaler Signalprozessor des Antriebsreglers in der Antriebseinheit die aktuelle Position des Drehkörpers 1 und setzt eine lastbezogene Moduloposition ungültig. Im folgenden Ablaufschritt 35 wird der Parameter Auftragsstatus" gesetzt, wobei die Antriebseinheit der Leitsteuerung meldet, daß deren Anforderung erfüllt ist. Im folgenden Ablaufschritt 36 wird die Arretierung des Drehkörpers 1 entfernt. Daraufhin wird im Ablaufschritt 37 von der übergeordneten Leitsteuerung die Freigabe des Antriebs an die Antriebseinheit signalisiert. Diese setzt daraufhin im folgenden Ablaufschritt 38 den Parameter Auftragsstatus" zurück. Zur Positionierung für die Referenzpunktfahrt hat die übergeordnete Leitsteuerung der Antriebseinheit eine Sollgeschwindigkeit mit dem Wert Null vorgegeben. Die eigentliche Sollgeschwindigkeit der Referenzpunktfahrt wird von der Antriebseinheit selbständig durch Parametrierung eines dafür spezifischen Verfahrsatzes bestimmt. Entsprechendes gilt für die Sollbeschleunigung. Wegen der Verwendung von Verfahrsätzen wird auf die beiden europäischen Patentanmeldungen Elektrisches Antriebssystem mit verteilter, virtueller Leitachse" (Anwaltszeichen B005/018 E EP) und Betriebsverfahren für eine Druckmaschine mit einer Mehrzahl von Funktionen sowie steuerungstechnische Anordnung" (Anwaltszeichen B005/020 E EP) der gleichen Anmelderin, eingereicht am selben Anmeldetag, verwiesen. Im nächsten Ablaufschritt 39 wird nun der Verfahrsatz vom digitalen Signalprozessor der Antriebseinheit selbständig in Verfahr-Bewegungen für den Drehkörper umgesetzt. Im praktischen Anwendungsbeispiel der Druckmaschine sind dabei bis zu zwei Umdrehungen zweckmäßig. Gemäß dem Verzweigungs-Ablaufschritt 391 dienen die Verfahrbewegungen dazu, den Geber-Nullimpuls auszulösen, um den Winkel α gemäß Figur 2 zu ermitteln. Ist dies innerhalb von zwei Umdrehungen erfolgreich passiert, erfolgen im nächsten Kalibrier-Ablaufschritt 392 interne Berechnungen und Speicherungen der Position des Geber-Nullimpulses durch den digitalen Signalprozessor der Antriebseinheit. Danach erfolgt im Ablaufschritt 393 eine Quittierung des Auftrags an die übergeordnete Leitsteuerung, wobei der Parameter Auftragsstatus" wieder gesetzt wird. Danach übermittelt die übergeordnete Leitsteuerung mit Ablaufschritt 394 das Kommando Sperren der Antriebseinheit".

Bei der Grundstellungsfahrt (siehe Figuren 4 und 5), die einmal nach jedem Power On oder einer Meldung der Istwerterfassung vom Antriebsregler durchgeführt wird, werden antriebsinterne Lageinformationen und -werte auf das Maschinenkoordinatensystem bezogen bzw. abgeglichen. Im Beispiel einer Druckmaschine wird die Grundstellungsfahrt bei allen Druckeinheiten- und Falzeinheitenantrieben durchgeführt. Sie wird mit Zuschaltung der Versorgungsspannung des Antriebsreglers in der Antriebseinheit und gegebenenfalls nach dem Erkennen und Quittieren einer Störung ausgelöst und während des Einziehens von der Antriebseinheit selbständig betrieben. Der Bezug zur Mechanik der angetriebenen Drehkörper 1 sowie die Drehsensoren bzw. -geber 2 bestimmen den Ablauf während der Grundstellungsfahrt. Nach Figur 4 gibt im ersten Ablaufschritt 41 die übergeordnete Leitsteuerung die betreffende Antriebseinheit frei, z.B. für Rüstbetrieb. Es finden nun Verfahrbewegungen analog Ablaufschritte 39, 391 statt, bis im Verzweigungs-Ablaufschritt 42 ein Nullimpuls-Signal vom Drehgeber 2 detektiert wird. Dann kommt es im folgenden Ablaufschritt 43 zur Berechnung und zum Abgleich interner Größen, insbesondere zum Setzen absoluter Soll- und Istpositionen gegebenenfalls unter Verwendung des bei der Referenzpunktfahrt ermittelten Winkels α. Mittels im digitalen Antriebsregler ablaufender Algorithmen werden Lage-, insbesondere Winkelinformationen in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem berechnet. Neben absoluten Positionsgrößen werden auch Modulopositionen innerhalb der betreffenden Antriebseinheit gültig gesetzt - vgl. Ablaufschritt 44.

Nach Abschluß der Grundstellungsfahrt sind die Positionsparameter innerhalb der Antriebseinheit, insbesondere die Soll- und Istpositionsdaten sowie die Modulopositionsdaten auf das Maschinenkoordinatensystem - beim Beispiel der Druckmaschine in Papierlaufrichtung 4 - bezogen, wie in Figur 5 dargestellt: Zwischen zwei Drehkörpern 1, beispielsweise Gummituchzylinder, wird ein strangartiges Objekt 3, beispielsweise zu bedruckendes Papier, mit einer bestimmten Richtung 4 hindurchgezogen. Die Drehkörper 1 sind in einer ersten Position A gezeichnet, in der an sich bekannte Einspannkanäle 5, eingelassen auf dem Außenumfang der Gummituchzylinder, unmittelbar einander gegenüberliegen. Dies ergibt sich aus der Synchronisation der Drehkörper 1 bzw. deren Antriebseinheiten miteinander. Wird in Figur 5 für die Position A der Lageistwert für die Drehkörper 1 mit zugehörigen Antriebseinheiten zu 45° angenommen, dann ist der Bezug derart, dass in der zweiten Position B (punktiert gezeichnete Einspannkanäle 5) die Lageinformation für die betreffenden Antriebseinheiten 135° ist. Die Papierlaufrichtung erfordert, daß die beiden Drehkörper 1 mit einander entgegengesetzten Winkelgeschwindigkeiten ω umlaufen.

Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung des Synchronisierens gemäß obiger Phase c ist der Abschluß der Referenzpunktfahrt gemäß obiger Phase a und der Grundstellungsfahrt gemäß obiger Phase b. Das Synchronisieren wird von der jeweiligen Antriebseinheit in der Betriebsart Synchronlauf während des Einziehens mit der Einziehgeschwindigkeit v1 (vgl. Figur 1 Teil a) selbständig durchgeführt. Es wird der Antrieb auf die Sollage der virtuellen Leitachse positioniert. Das Antriebssystem führt das Synchronisieren selbständig aus. Nach Freigabe des Antriebes werden zwei Umdrehungen der Last bzw. des betreffenden Drehkörpers 1 mit Einziehgeschwindigkeit gefahren (Figur 1, Teil b). Diese Vorgaben erfolgen gemäß Ausführungsbeispiel durch die Leitsteuerung. Nach zwei Umdrehungen ist die Vorgabe einer höheren Drehzahl durch die Leitsteuerung möglich. Bis zur Synchronmeldung aller im Verbund befindlichen Antriebe wird der Vorgang Druck an" (vgl. Figur 1, Teil c) von der Leitsteuerung gesperrt. Für das Synchronisieren ermittelt die jeweilige Antriebseinheit die Differenz zwischen dem Lagesoll- und Lageistwert des Antriebs und die Differenz des Lagesollwerts des jeweiligen Antriebs zum Lagesollwert einer virtuellen Leitachse zum Zeitpunkt des Einschaltens. Wegen des Konzeptes der verteilten virtuellen Leitachse wird auf die oben genannte europäische Patentanmeldung Elektrisches Antriebssystem mit verteilter virtueller Leitachse" (Anwaltszeichen B005/018 E EP) verwiesen. Das Prinzip der virtuellen Leitachse ist z.B. in DE 195 27 199 A1 angesprochen. Wenn die Summe der genannten Differenzen von der jeweiligen Antriebseinheit verfahren worden ist, meldet diese der Leitsteuerung Antrieb synchron" (vgl. Fig. 1, Teil b und c). Daraufhin kann Druck an" gemäss Fig. 1, Teil c erfolgen. Der Bezug zur angetriebenen Mechanik bzw. zu den Drehkörpern 1 und die Sensorik bestimmen den Ablauf des Synchronisierens .

Gemäß Figur 6 ist das Sensorsystem bzw. der Positionsgeber lastseitig angeordnet. Der elektrische Motor kann über ein Getriebe 6 mit Übersetzungsverhältnis i = 4 an die Last angeflanscht sein. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Geber und Last beträgt zweckmäßig i = 1. Für das Synchronisieren stehen die Lageinformationen der Last direkt (ohne Zwischenschaltung des Getriebes) zur Verfügung.

Beim Gebersystem gemäß Figur 7 ist an allen Antrieben der Geber bzw. Sensor motorseitig angeordnet. Der Motor ist als Direktantrieb ausgeführt und direkt an der Last angeflanscht. Für das Synchronisieren der Antriebseinheiten der Gesamtmaschine stehen die Lageinformationen der Last direkt zur Verfügung. Für das Synchronisieren der Falzeinheitenantriebe speziell ist es notwendig, eine Eindeutigkeit durch einen Nullinitiator zu erreichen. Dieser Nullinitiator wird beim Synchronisieren berücksichtigt.