Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Beleimungssystems zur Beleimung von Zuschnitten zur Herstellung und/oder Verpackung von Zigaretten oder anderen rauchbaren Gegenständen, bei dem die Zuschnitte an Leimventilen des Beleimungssystems entlang gefördert werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein entsprechendes Beleimungssystem, das mit diesem Verfahren betrieben werden kann.
Die in der Zigarettenindustrie verwendeten Beleimungssysteme zur Beleimung von Zuschnitten werden zunehmend komplexer und ausgefeilter. So wird etwa in der vorangemeldeten
Herkömmliche Steuerungen von Beleimungssystemen können zur Umsetzung eines derartigen Verfahrens nicht oder nur bedingt eingesetzt werden. Bei solchen Steuerungen übernimmt eine zentrale Steuerungseinrichtung die Steuerung sämtlicher Leimventile. Zu diesem Zweck verlaufen von der zentralen Steuerungseinrichtung entsprechend der Anzahl zu steuernder Ventile unidirektionale Signalleitungen zu jedem Leimventil. Rückleitungen von den Ventilen zu der Steuerung sind dagegen nicht vorgesehen. Derartige Steuerungen sind statisch, relativ langsam und unflexibel.
In der Druckschrift
In der
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Betreiben eines Beleimungssystems anzugeben, mit dem auch komplexere Beleimungssysteme möglichst zuverlässig gesteuert und/oder geregelt werden können. Es ist des Weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleimungssystem der eingangs genannten Art anzugeben, dass mit dem vorgenannten Verfahren betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Beleimungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein entsprechendes Beleimungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
Danach ist zur Steuerung und/oder Regelung der Leimventile des Beleimungssystems ein übergeordneter Mastercontroller vorgesehen, der einzelnen, den Leimventilen zugeordneten, dem Mastercontroller nachgeordneten Controllern - die jeweils mit dem übergeordneten Mastercontroller über eine geeignete Datenverbindung verbunden sind - jeweils Werte mindestens eines Steuer- und/oder Regelparameters übermittelt, anhand derer der jeweilige nachgeordnete Controller das ihm zugeordnete Leimventil steuert und/oder regelt. Für ein, mehrere oder jedes Leimventil werden die Werte mindestens einer Kenngröße der jeweils in das Beleimungssystem integrierten Leimventile erfasst, nämlich des elektrischen Stroms, der bei von einem Elektromagneten bewirkten Bewegungen des Verschlussorgans des jeweiligen Leimventils durch die Spule des Elektromagneten des Leimventils fließt, wobei anhand der Werte der mindestens einen Kenngröße die Art des entsprechenden Leimventils und/oder Fehlerzustände desselben erkannt und/oder ermittelt werden.
Es erfolgt erfindungsgemäß eine Aufteilung von Steuerungs- und/oder Regelungsaufgaben auf einerseits mindestens einen übergeordneten Mastercontroller und auf andererseits nachgeordnete Controller, die den einzelnen Leimventilen zugewiesen sind. Bei der erfindungsgemäßen Lösung übernimmt der jeweils nachgeordnete Controller insbesondere zeitkritische Steuerungs- und/oder Regelungsaufgaben sowie ggf. Verstärkerfunktionen zur Verstärkung von Steuersignalen. Die Parameter, anhand derer er Steuerungs-/Regelungsaufgaben vollzieht, werden von dem Mastercontroller verwaltet und gegebenenfalls anhand geeigneter Algorithmen errechnet oder aus einer Datenbank ausgewählt, auf die der Mastercontroller zugreifen kann.
Vorteilhafterweise steuert und/oder regelt jeder nachgeordnete Controller erfindungsgemäß nur ein Leimventil des Beleimungssystems. So kann für jede Anzahl von Leimventilen, die in dem Beleimungssystem eingesetzt werden sollen, die passende Anzahl von nachgeordneten Controllern verwendet werden. Im Stand der Technik dagegen weisen die Steuerungseinrichtungen einzelne Steuerkarten auf, die jeweils über Ausgänge für mehrere Ventile verfügen. Sollten dabei weniger oder mehr Ventile angesteuert werden müssen als Ausgänge vorhanden sind, bleiben dort dementsprechend nachteiligerweise bestimmte Ausgänge der Steuerungskarten ungenutzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an den nachgeordneten Controllern jeweils Sensoren anschließbar sind, die Messwerte mindestens einer Messgröße erfassen, dass die nachgeordneten Controller diese Messwerte jeweils an den Mastercontroller übermitteln und dass der Mastercontroller für das betreffende, an den jeweiligen Controller angeschlossene Leimventil abhängig von diesen Messwerten die Steuer- und/oder Regelparameter errechnet und/oder aus einer dem Mastercontroller zugeordneten Datenbank auswählt. Anschließend wird der errechnete und/oder ausgewählte Parameter dem jeweiligen nachgeordneten Controller übermittelt.
Als von dem an den jeweiligen Controller angeschlossenen Sensor zu messende Messgröße kann die Temperatur des dem jeweiligen Leimventil zugeführten oder des in dem jeweiligen Leimventil befindlichen Leims erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Druck stromab einer Förderpumpe gemessen werden, unter dem der Leim dem jeweiligen Leimventil zugeführt wird. Weiter können Kenngrößen erfasst werden, die Bewegungen eines sich innerhalb des jeweiligen Leimventils in dem Leim bewegenden Verschlussorgans desselben kennzeichnen.
Der oder die entsprechenden Sensoren der Leimventile messen demnach jeweils diese mindestens eine Messgröße. Die jeweiligen nachgeordneten Controller übersenden dann die Messwerte über ihre genannten Datenverbindungen an den übergeordneten Mastercontroller. Dieser verwaltet die Messwerte und wertet diese aus. Abhängig von dem Ergebnis der Auswertung kann der Mastercontroller anschließend den Leimventilen beispielsweise jeweils neue, angepasste Werte des mindestens einen Steuer- und/oder Regelparameters übermitteln. Die Auswertung kann natürlich auch ergeben, dass der Wert des mindestens einen Steuer- und/oder Regelparameters, anhand dessen der jeweilige nachgeordnete Controller das an ihm angeschlossene Leimventil steuert und/oder regelt, nicht angepasst werden muss. In diesem Fall wird der entsprechende Wert des Steuer- und/oder Regelparameters, auf den der nachgeordnete Controller zugreifen kann, naturgemäß nicht geändert.
Ein Steuer- und/oder Regelparameter, anhand dessen die nachgeordneten Controller das jeweils angeschlossene Leimventil steuern/regeln kann beispielsweise die Stärke und/oder die Zeitdauer des elektrischen Stroms sein, mit dem ein Elektromagnet des jeweiligen Leimventils beaufschlagt wird, durch den zur Öffnung des Leimventils während des Betriebs des Beleimungssystems ein Verschlussorgan des jeweiligen Leimventils bewegt wird. Leimventile mit derartigen Elektromagneten zur Bewegung von Verschlussorgänen sind beispielsweise in der
Gemäß einer weiteren wichtigen und eigenständigen Ausführungsform ist das Beleimungssystem modular aufgebaut. Genauer gesagt sind die nachgeordneten Controller jeweils als einzelne Module ausgebildet, die jeweils mit dem Mastercontroller und/oder mit mindestens einem weiteren nachgeordneten Controller über geeignete Kontaktverbindungsmittel verbindbar sind, insbesondere über Kontaktstecker und/oder Kontaktzungen. Die Kontaktverbindungsmittel sind jeweils an den Enden von Signalleitungen zur Übertragung elektrischer (oder ggf. elektromagnetischer) Signale angeordnet, die an oder in den einzelnen Controllern verlaufen. Die Kontaktverbindungsmittel verbinden diese Signalleitungen der einzelnen Controller miteinander. Bevorzugt sind die Signalleitungen dabei Leitungen eines geeigneten Datenbussystems, etwa eines CAN-Bussystems. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt dabei das Gehäuse eines ersten nachgeordneten Controllers im die Signalleitungen verbindenden Zustand zumindest bereichsweise an dem Gehäuse des Mastercontrollers an. In entsprechender Weise liegt das Gehäuse eines zweiten nachgeordneten Controller im derartig verbundenen Zustand mindestens bereichsweise an dem Gehäuse des ersten nachgeordneten Controllers an, das Gehäuse eines dritten nachgeordneten Controllers an dem Gehäuse des zweiten usw.
Vorzugsweise ist bei Integration eines weiteren Leimventils in das Beleimungssystem das Beleimungssystem entsprechend erweiterbar um einen weiteren nachgeordneten Controller zur Steuerung/Regelung des hinzugefügten Leimventils. Dieser modulare Aufbau erlaubt in einfacher Weise, das System um weitere Leimventile zu ergänzen oder auch umgekehrt ein oder mehrere Leimventile aus dem System zu entfernen. Nach Verbindung des Mastercontrollers und der nachgeordneten Controller über die Kontaktverbindungsmittel ist der Mastercontroller datentechnisch mit jedem einzelnen nachgeordneten Controller nach Art eines Bussystems verbunden.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Unteransprüchen, aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
Mit Hilfe des Beleimungssystems 10, insbesondere mit Hilfe von Leimventilen 11 des Beleimungssystems 10, werden Bereiche oder Abschnitte von Zuschnitten, aus denen die entsprechende Packung gebildet wird, mit aus den Leimventilen 11 gezielt austretenden Leimportionen versehen. Zu diesem Zweck werden die Zuschnitte unterhalb der Leimventile 11, nämlich unterhalb von schließbaren Leimventilöffnungen 12, an diesen vorbeigefördert. Einzelheiten hierzu sind in der
Das Beleimungssystem 10 muss derart betrieben bzw. gesteuert/geregelt werden, dass die einzelnen Leimportionen zu gewünschten Zeitpunkten, in gewünschten Größen bzw. Mengen und/oder in gewünschten Mustern auf dem Zuschnitt positioniert werden.
Zur geeigneten Steuerung/Regelung des Beleimungssystems 10 verfügt dieses über einen Mastercontroller 13, an den mittels geeigneter Signal- oder Datenleitungen 14 einzelne nachgeordnete Controller 15 angeschlossen sind. Die Datenleitungen 14 sind jeweils Teil eines Bussystems, im vorliegenden Fall eines sogenannten CAN-Bussystems. Dieses Bussystem erlaubt eine bidirektionale Datenkommunikation zwischen dem Mastercontroller 13 und den einzelnen nachgeordneten Controllern 15. Die nachgeordneten Controller 15 sind über geeignete Stromleitungen 17 an eine Stromversorgung 16 angeschlossen.
An einen der Steuerausgänge der nachgeordneten Controller 15 ist über eine Steuerleitung 18a ein Elektromagnet mit entsprechender Spulenansteuerung 19 angeschlossen. Der Elektromagnet befindet sich innerhalb des Leimventils 11 und dient dazu, ein Verschlussorgan zu bewegen, dass mindestens teilweise von dem Elektromagnet bzw. der Spule des Elektromagneten umgeben ist. Durch eine Rückstellkraft wird das Verschlussorgan im stromlosen Zustand des Elektromagneten in an sich bekannter Weise innerhalb eines Ventilsitzes gehalten.
Das Beaufschlagen der Spule mit einem elektrischen Strom geeigneter Stärke bewirkt dann, dass das durch das Magnetfeld des Elektromagneten beinflussbare Verschlussorgan aus seiner Schließstellung gegen die Rückstellkraft nach oben bewegt wird. Die Ventilöffnung 12 wird hierdurch freigegeben, sodass aus dieser Leim austreten kann. Einzelheiten zu dem Aufbau eines derartigen Leimventils sind der
An einem weiteren Ausgang der nachgeordneten Controller 15 ist jeweils über eine Steuerleitung 18b ein Sensor zur Erfassung einer für den ordnungsgemäßen Betrieb der Leimventile 11 relevanten Messgröße angeordnet. Im vorliegenden Fall handelt es sich jeweils um einen, sich in das Ventilinnere hinein erstreckenden Temperatursensor 20. Mit diesem kann als Messgröße die Temperatur des im Betrieb innerhalb des Leimventils 11 befindlichen Leims erfasst werden.
An einem weiteren Eingang der Controller 15 endet jeweils eine von einer Streckensteuerung 21 ausgehende Steuerleitung 22.
Der Streckensteuerung 21 werden an einen ihrer Eingänge Signale eines Drehgebers 23 übertragen. Der Drehgeber 21 erfasst Drehungen der zentralen Maschinenachse einer nicht dargestellten, an sich bekannten Verpackungsmaschine zur Verpackung von Zigaretten.
Zu diesem Zweck ist der Drehgeber 23 mittels einer Signalleitung 24 mit der Streckensteuerung 21 verbunden. Sowohl der Mastercontroller 13 als auch die Streckensteuerung 21 sind über entsprechende Signal- bzw. Datenleitungen 25, 26 mit der zentralen Maschinensteuerung 27 der Verpackungsmaschine verbunden. Dabei ist im vorliegenden Fall die Leitung 25, die den Mastercontroller 13 mit der Maschinensteuerung 27 verbindet, als Ethernet-Verbindung ausgebildet, über die bidirektional Daten ausgetauscht werden können. Die Signalleitung 26 zwischen der Streckensteuerung 21 und der Maschinensteuerung 27 ist im vorliegenden Fall ebenfalls bidirektional ausgebildet.
Die Steuerung/Regelung des Beleimungssystems 10 erfolgt folgendermaßen:
Die Streckensteuerung 21 greift über die Signal- bzw. Datenleitung 26 auf eine der Maschinensteuerung 27 zugeordnete Datenbank zu. In der Maschinensteuerung 27 bzw. der Datenbank sind abhängig von den verwendeten Zuschnitten bzw. von den zu produzierenden Packungstypen Leimpunktmuster hinterlegt. Die Streckensteuerung 21 sendet abhängig von dem ausgewählten Leimpunktmuster sowie abhängig von der mit dem Drehgeber 23 ermittelten Maschinendrehzahl entsprechende Steuerungssignale an die nachgeordneten Controller 15.
Den nachgeordneten Controllern 15 werden mit anderen Worten jeweils Zeitpunkte mitgeteilt oder vorgeben, zu denen die Leimventile 11 geöffnet werden müssen. Die Öffnung selbst erfolgt durch Beaufschlagen der jeweiligen Elektromagneten mit geeigneten elektrischen Strömen.
Zu diesem Zweck verfügt jeder nachgeordnete Controller 15 über eine Verstärkereinheit, die die geringen, von der Streckensteuerung 21 stammenden Steuersignalströme ausreichend verstärkt, um mit Hilfe der Elektromagneten geeignete Öffnungsbewegungen der Verschlussorgane der Leimventile bewirken zu können.
Die Stärke des Stroms, der während eines Öffnungszyklusses durch den Elektromagneten fließt, steuern die nachgeordneten Controller 15 anhand von Steuer/Regelparametern, die in den Controllern 15 bzw. in diesen zugeordneten Speichern oder Datenbanken hinterlegt sind. Diese Parameter können im Betrieb jeweils abhängig von den jeweils durch die Sensoren 20 gemessenen Leimtemperaturen angepasst werden.
Bekanntlich ist die Viskosität von Leim temperaturabhängig. So kann der Leim in einem bestimmten Leimventil 11 bei einer von im Vergleich zu vorgegebenen Sollwerten abweichender, besonders hohen Temperatur eine so niedrige Viskosität aufweisen, dass eine Nachregelung des Leimventils 11 notwendig wird. Um diesen Fall zu erfassen, werden zunächst jeweils die Temperaturwerte, die der jeweilige Temperatursensor 20 misst, von dem jeweiligen Controller 15 an den Mastercontroller 13 übermittelt. Der Mastercontroller 13 wertet für jedes Leimventil 11 die gemessenen Temperaturen anhand vorgegebener Sollwerte oder anhand anderer Kriterien aus.
Sollte die Auswertung ergeben, dass die Leimtemperatur zu hoch ist, muss das jeweilige Leimventil 11 entsprechend kürzere Zeit geöffnet bleiben, als dies bei einer niedrigeren Leimtemperatur der Fall ist, um insgesamt trotz der hohen Temperatur eine vorbestimmte Leimportionsgröße garantieren zu können.
Entsprechend sendet der Mastercontroller 13 einen geeignet angepassten Steuer-/Regelparameter, der die anzupassende Öffnungsdauer des Leimventils repräsentiert, an den jeweiligen nachgeordneten Controller 15. Der zuvor für die Öffnungsdauer hinterlegte Wert in dem Controller 15 wird überschrieben. Der nachgeordnete Controller 15 passt entsprechend bei der Steuerung/Regelung des Leimventils 11 die Öffnungszeit desselben an.
In gleicher Weise wie die Öffnungsdauer des Leimventils kann abhängig von den gemessenen Temperaturwerten beispielsweise auch die Stärke des sogenannten Öffnungsstroms, der durch den Elektromagneten fließt, angepasst werden und/oder die Stärke des sogenannten Haltestroms. Dies hat folgenden Hintergrund:
Bei Öffnung des jeweiligen Leimventils 11 muss zunächst ein etwas höherer Öffnungsstrom durch die Spule des Elektromagneten fließen, um die Bewegung des Verschlussorgans nach oben entgegen der Rückstellkraft zu bewirken. Sobald das Verschlussorgan die geöffnete Endstellung erreicht hat, wird nur noch ein geringerer Haltestrom benötigt, um die Kraft aufzuwenden, das Verschlussorgan in der geöffneten Position festzuhalten. Die Werte für den Öffnungsstrom bzw. den Haltestrom sind in der vorliegenden Ausführungsform jeweils ebenfalls als Parameter in den nachgeordneten Controllern 15 hinterlegt und in der oben beschriebenen Weise durch den Mastercontroller 13 abhängig von der gemessenen Leimtemperatur dynamisch anpassbar.
Die zur Produktion eines bestimmten Packungstyps bzw. zur Beleimung der Zuschnitte dieses Packungstyps erforderlichen Parameter werden zu Produktionsbeginn über die Ethernet-Verbindung 25 von der zentralen Maschinensteuerung 27 an den Mastercontroller 13 übertragen. Die entsprechenden Parameter sind in geeigneten Datenbanken der Maschinensteuerung hinterlegt. In gleicher Weise sind dort die Leimpunktmuster hinterlegt, auf die die Streckensteuerung 21 zugreifen kann.
Der Mastercontroller 13 kann abhängig von den gemessenen Temperaturen die neuen, den nachgeordneten Controllern 15 jeweils zu übermittelnden Werte der Steuer-/Regelparameter entweder durch geeignete Algorithmen errechnen und/oder aus Datenbanken auswählen, in denen beispielsweise abhängig von den Leimtemperaturen die relevanten Steuer- und/oder Regelparameter hinterlegt sind.
Es wird darauf hingewiesen, dass natürlich jedes Leimventil 11 individuell und unabhängig von den anderen Leimventilen 11 gesteuert/geregelt werden kann.
Eine weitere besondere Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Beleimungssystems 10 wird im Zusammenhang mit der
Als Kurve 28a ist der Stromverlauf gezeigt, den ein für den Einsatz in dem bestimmten Beleimungssystem 10 geeignetes Leimventil aufweist.
Die Stromkurve 28b zeigt einen von der Stromkurve 28a abweichenden Verlauf eines Ventils, dessen Spezifikationen nicht zu dem Beleimungssystem 10 passen. In dem nicht passenden Leimventil kann z.B. ein Elektromagnet mit nicht passenden Spezifikationen verbaut sein.
Der Mastercontroller 13 vergleicht nun jeweils die Ist-Stromwerte bzw. -kurven der jeweiligen Leimventile mit hinterlegten Soll-Stromkurven. Bei Detektion von Abweichungen erkennt der Mastercontroller 13, dass ein nicht passendes Leimventil anderer Spezifikation verbaut ist.
Die Stromkurve 28c repräsentiert den Stromverlauf eines zwar passenden, allerdings defekten Leimventils. Auch dies erkennt der Mastercontroller 13 durch entsprechenden Vergleich mit Soll-Verläufen.
Zusätzlich oder alternativ können die erfassten Stromverläufe auch anhand anderer vorgegebener Kriterien ausgewertet werden, um etwaige Fehler bzw. abweichende Spezifikationen zu erkennen.
Je nach Ergebnis der Analyse der Stromverläufe initiiert der Mastercontroller 13 ein ein Leimventil-Fehler repräsentierendes Signal und/oder ein das Fehlen eines vorgegebenen Merkmals des analysierten Leimventils repräsentierendes Signal. In der Folge kann ein Bediener über ein akustisches, optisches oder sonstiges Signal hierüber informiert werden.
Denkbar ist auch, dass der Mastercontroller 13 abhängig von der Analyse der Stromverläufe einen bestimmten Steuer-/Regelparametersatz aus einer Datenbank auswählt und den abhängigen Controllern 15 übermittelt.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung ist der modulartige Aufbau des Beleimungssystems 10 bzw. der Steuer-/Regeleinheiten derselben. Wie in
Der Mastercontroller 13 sowie jeder nachgeordnete Controller 15a-e weisen zu diesem Zweck auf ihren Vorder- und/oder Rückseiten ihrer jeweiligen Gehäuse jeweils eine entsprechende Kontaktzunge 29 auf. Die Kontaktzungen 29 sind dabei jeweils bezogen auf die einzelnen Controller 13, 15a-e an Enden von entsprechenden Signalleitungen bzw. Datenleitungen angebracht, die im Inneren der Gehäuse der Controller 13, 15a-e verlaufen.
Bei Aufbau des Beleimungssystems 10 wird zunächst an den Mastercontroller 13 ein erster nachgeordneter Controller 15a angeschlossen. Zu diesem Zweck werden der Masterkontroller 13 und der erste nachgeordnete Controller 15a zunächst aneinandergelegt und miteinander über nicht dargestellte Rastmittel in einer miteinander fluchtenden Stellung verrastet. In diesem verrasteten Zustand liegen eine elektrisch leitende Kontaktzunge 29 an der Hinterseite des Gehäuses des Mastercontrollers 13 und die entsprechend positionierte Kontaktzunge 29 des ersten nachgeordneten Controllers 15a an dessen Vorderseite kontaktend aneinander an. Über die beiden Kontaktzungen 29 an den jeweiligen Gehäuseseiten der Controller 13, 15a ist somit eine leitende Verbindung 14 zwischen den Controllern 13, 15a hergestellt.
Der zweite in das System 10 integrierte Controller 15b liegt mit der Vorderseite seines Gehäuses wiederum an der Rückseite des bereits an dem Mastercontroller 13 anliegenden bzw. mit diesem verbundenen, ersten nachgeordneten Controllers 15a an. In der oben beschriebenen Weise sind dabei wiederum deren entsprechende Kontaktzungen 29 miteinander verbunden bzw. diese liegen kontaktend aneinander an.
Weitere nachgeordnete Controller 15c-15e werden dem System 10 in analoger Weise hinzugefügt.
Die Leitungen in den Controllern 13, 15a-e sind derart ausgestaltet und miteinander verbunden, dass sie insgesamt ein Bussystem bilden, nämlich einen sogenannten CAN-Bus.
Jeder Controller 15a-e steuert genau ein Leimventil 11. Vorteilhafterweise kann daher das Beleimungssystem 10 in einfacher Weise erweitert werden. Sollte dem Beleimungssystem 10 ein weiteres Leimventil 11 hinzugefügt werden müssen, so wird in der vorbeschriebenen Weise ein weiteres Controllermodul 15 mit dem äußersten nachgeordneten Controller 15e der
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