(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データバス（６）を介して中央制御ユニット（１）と接続されていると共に電気駆動装置の角度が同期するように制御する、紙を処理する機械の複数のユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）であって、絶対的なシステム時間を生成するための刻時装置を有する複数のユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）で進行するプロセスを同期させる装置において、
前記中央制御ユニット（１）は、前記電気駆動装置を制御するようになっていると共にそれぞれの指令を実行するそれぞれの時刻を含んでいる動作指令を、前記データバス（６）を介して複数の前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）に分配するようになっており、前記動作指令は、前記絶対的なシステム時間を生成する前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）において、それぞれの指令と共に伝達されるそれぞれの時刻に前記電気駆動装置の前記角度が同期するように実行されるようになっていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記中央制御ユニット（１）は前記動作指令を生成する制御コンピュータを含んでおり、制御されるべき前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）は前記動作指令を処理する計算機ユニット（３ａ，３ｂ，３ｃ）を含んでおり、分散した前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）は電気駆動装置を制御する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記データバス（６）はフィールドバスである、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記電気駆動装置の相対的な角度変化に関する前記動作指令を含む装置であって、前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）は、前記中央制御ユニット（１）から前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）に分配される、前記相対的な角度変化に関する前記動作指令から前記電気駆動装置の速度、加速度、および位置についての目標値を生成する計算機ユニット（３ａ，３ｂ，３ｃ）を有している、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）は、前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）に接続された前記電気駆動装置を、前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）に備えられた計算機ユニット（３ａ，３ｂ，３ｃ，４ａ，４ｂ，４ｃ）から受け取った前記目標値に従って制御するようになっている駆動制御部（５ａ，５ｂ，５ｃ）を有している、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
データバス（６）を介して中央制御ユニット（１）と接続されていると共に電気駆動装置の角度が同期するように制御する、紙を処理する機械の複数のユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）であって、絶対的なシステム時間を生成するための刻時装置を有する複数のユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）で進行するプロセスを同期させる方法において、
前記中央制御ユニット（１）は、前記電気駆動装置を制御するようになっていると共にそれぞれの指令を実行するそれぞれの時刻を含んでいる動作指令を、前記データバス（６）を介して複数の前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）に分配し、前記動作指令は、前記絶対的なシステム時間を生成する前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）において、それぞれの指令と共に伝達されるそれぞれの時刻に前記電気駆動装置の前記角度が同期するように実行されることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記中央制御ユニット（１）が前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）に送信する前記動作指令は、制御される前記電気駆動装置用の位置、速度、および加速度を含む動作指令である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
電気駆動ユニットである全ての前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）が受け取る前記動作指令と共に、電気駆動ユニットである前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）の一部に分配される別の動作指令が前記データバス（６）を介して分配される、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記動作指令と共に、前記ユニット（２ａ，２ｂ，２ｃ）が必要とするデータや診断するためのデータが前記データバス（６）を介して分配される、請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置を有している印刷機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の駆動ユニットを同期させる、請求項１に記載の装置および請求項７に記載の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
印刷機は、角度を同期させて回転運動させる必要がある、回転運動する複数の部分を有している。そのため、回転運動する駆動すべきこれらの部分は、従来、例えば主軸や連続する歯車列などの機械的な連結部を介して連結されているが、これには、特に、好ましくない振動がこのような機械に発生するという欠点がある。そのため、近年では、印刷機の、回転運動する駆動すべき部分を、角度を互いに正確に単に機械的に同期させるのではなく、電子制御装置によって互いに同期させられた別々の電気駆動装置が備えられる傾向がある。しかし、そのためには、別々の駆動モータを、それらの角度を同期させて作動させるように制御する電子回路が必要である。しかも、この電子制御部は迅速かつ正確に動作する必要がある。特に、印刷機または印刷機の一部の動作速度が変化する場合には、大きな困難が生じるのが通例である。このような場合、個々の電気駆動装置を、速度を変更した後も、引き続いて角度を同期させて作動させることが保証されなくてはならない。
【０００３】
複数の電気駆動装置を、角度を正確に同期させるように制御する方法、およびこれに属する装置が特許文献１から公知である。このシステムは、中央管理システムである制御コンピュータと、制御すべき電気駆動装置の近くに配置された分散した複数の駆動制御器から構成されている。この場合、分散した駆動制御器と管理コンピュータは、同期化バスによって相互に接続されている。この場合、管理システムは、同期化バスを介して、分散した駆動制御器に機械速度の目標値を送る。機械速度のこの目標値を基にして、回転数の目標値が、分散した各駆動制御器においてその場で生成される。個々の駆動ユニットの間で角度を同期させることができるようにするために、分散した駆動制御器は、各駆動制御器の管理インジケータからなる角度目標値発生器を含んでいる。そこで、機械速度目標値が同期化バスを介して駆動制御器に分配されると、管理システムから全ての駆動制御器にいわゆる割込みが送られる。この割込みは、同期させる働きをするものであり、分散した全ての駆動制御器がその計算サイクルの不揃いを同じ最新の機械速度目標値によって除去するのを保証する。それによって、各駆動装置について合致した回転数目標値と角度目標値が、分散した駆動制御器において算出される。複数の駆動ユニットを同期させるこのような駆動制御システムによって、同期化バスは共通の機械速度目標値と割込みを分配するだけでよいので、同期化バスの負荷が軽くなるという利点が得られる。さらに、例えば複数の駆動ユニットの間のオフセット角のようないわゆる非同期目標値を、制御データとパラメータデータだけを担当する別個のバスを介して送ることが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
独国特許発明第１９７２７８２４Ｃ１号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来技術を出発点として、本発明の目的は、駆動ユニットと中央制御装置の間の通信を行うバスを介して、時間が決定的に重要な目標値を伝送する必要なしに、複数の電気駆動装置を電気的に同期させるように接続することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の装置、および請求項７に記載の方法によって達成される。請求項１に記載の装置、および請求項７に記載の方法によって、データバスを介して、時間が決定的に重要な、いかなる目標値も送信する必要がないという大きな利点が得られる。そのために、本発明の装置は、分散したユニットにデータバスを介して接続された中央制御コンピュータを含んでおり、中央制御コンピュータにも分散駆動ユニットにも、データバスを介して同期させることができる絶対的なシステム時間の情報が保持されている。本発明による装置の全てのユニットは、この絶対的なシステム時間の情報を保持しているので、中央制御ユニットから、分散したユニットに動作指令を送信し、この際、動作指令は、所定の動作形態の位置、速度、加速度の情報を含んでいるだけでなく、特に、動作指令が、分散したユニットで実行されるべき時刻の情報も含んでいる。したがって、動作指令が、それが実行されるべき時刻よりも前に早めに到着しさえすれば、動作指令が、分散したユニットにどの時刻で到着するかは重要でない。このことは、動作指令を分散したユニットへ予め早めに送信することによって保証することができる。データバスが、時間が決定的に重要な目標値から解放されることによって、中央コンピュータから、分散したユニットへ動作指令を伝送するのに、例えばＣＡＮバスのようなかなり簡単なデータフィールドバスを使用することが可能になる。これによって、時間が決定的に重要な目標値の伝送に頼らざるを得ないシステムでは、例えばＳＥＲＣＯＳのような、非常に高速で高価な、駆動装置のバス技術を利用する必要があるので、このシステムに比べて、コストに関して大きな利点が得られる。
【０００７】
分散したユニットに個別のコンピュータを設ければ、中央の制御ユニットからデータバスを介して送られる動作指令から、その場で目標値を生成することができる。この場合、目標値発生器が、分散したユニットによって制御される全ての駆動装置が角度を同期して作動するように、分散した各ユニットにおける位置目標値、速度目標値、加速度目標値を算出する。
【０００８】
データバスとしてＣＡＮバスを使用することによって、本発明の駆動装置の構想を特に低コストで実現することができる。ＣＡＮバスはデータ伝送速度が比較的遅いが、産業での制御技術において定評があり、本発明の場合には、フィールドバスを介して伝送される値が、時間が決定的に重要なものではないことから、速度について高い要求を課す必要がないので、選択される手段である。
【０００９】
分散したユニットに、目標値を生成する計算機ユニットと共に、他の計算機ユニットを設けることによって、この他の計算機ユニットに追加の機能をインプリメントすることができるという利点が得られる。それによって、個々の駆動ユニットに対する、同期化に必要な目標値に、例えばカムディスクの働きを電子的に実施する機能のような個別の機能を果たすことができるように処理を加えることができる。それにもかかわらず、このように個別の機能を果たす分散したユニットも正確な角度で、したがって互いに同期して作動する。
【００１０】
分散したユニットに設けられた駆動制御器が、場合によっては個別の機能によって処理されている、分散したユニットに存在している目標値を、電気駆動装置における実際値と比較し、場合によっては、実際値を目標値に合わせて調整する働きをする。それによって、電気駆動装置が互いに同期するように制御される。
【００１１】
分散した駆動ユニットの少なくとも１つをいわゆるマスタと規定し、それに対して、他の駆動ユニットをいわゆるスレーブと規定するのが有効である。それによって、スレーブとして定義された駆動ユニットに、例えばスレーブユニットの回転角をマスタに対して所望の角度だけ変えるのを可能にする、いわゆる位置調整指令を送信することが可能である。そのために、スレーブユニットは、特定の時刻における目標角に関する指令を受け取り、スレーブ駆動装置の目標回転数を一時的に増やし、または減らすことによって、角度差を調整する。
【００１２】
設けられているデータバスを介して、駆動指令だけでなく、パラメータを決め、また診断をするためのデータも送信すれば、独国特許発明第１９７２７８２４Ｃ１号明細書においてこの働きをさせるのに推奨されているような他のデータバスを省略することができる。全体のシステム時間を、この１つのデータバスをによって、分散した全てのユニットと中央制御ユニットで同期させることもできるので、そのために他のデータバスも必要ない。したがって、本発明の方法または本発明の装置に必要な、分散したユニットと制御ユニットの間の通信を単一のデータバスによって行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明による装置の可能な構成の１つを示している。この装置は、中央制御ユニット１と、分散した３つのユニット２ａ，２ｂ，２ｃから構成されており、分散したユニット２ａ，２ｂ，２ｃは、図１には示していない電気駆動装置の駆動制御部を構成している。分散したユニット２ａ，２ｂ，２ｃと中央制御ユニット１の間で通信をするために、バスシステム６が設けられている。このバスシステム６は、例えばＣＡＮバスのような簡単なフィールドバスである。動作指令が、フィールドバスであるバスシステム６を介して中央制御ユニット１から、分散したユニット２ａ，２ｂ，２ｃに送られる。分散したユニット２ａ，２ｂ，２ｃは、中央制御ユニット１から送られた動作指令から目標値を生成する計算機ユニット３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ有している。これらの目標値は、分散した各ユニット２ａ，２ｂ，２ｃが様々な動作経過をたどることができるように、個別の機能が格納されている他の計算機ユニット４ａ，４ｂ，４ｃによってさらに処理することができる。これは、例えば、分散したユニット２ａ，２ｂ，２ｃによって制御される電気駆動装置のうちの１つを、他の電気駆動装置に対して所定の比率で遅くまたは速く回転させる必要がある場合に有効である。この際、各電気駆動装置は、電気駆動装置の実際値を、他の計算機ユニット４ａ，４ｂ，４ｃからの目標値と比較して目標値に合わせる駆動制御器５ａ，５ｂ，５ｃによって制御される。
【００１５】
図１から分かるように、図１に示す分散した３つのユニット２ａ，２ｂ，２ｃと共に、バスシステム６の最大容量に達するまで、分散した他のユニットをバスシステム６に接続することができる。図１に示す実施形態では、分散した駆動ボード、すなわちユニット２ａ，２ｂ，２ｃは、印刷機の電気駆動装置を制御するように構成されている。印刷機は、冒頭に述べたように別々の電気モータによって駆動されるケースが増えているが、それにもかかわらず、機械的な主軸や歯車列の場合と同じように、相互に同期させる必要がある、回転運動する駆動される複数の部分を備えている。この目的のために、電気駆動装置の１つがいわゆる仮想的なマスタ駆動装置として選択され、それに対して、他の電気駆動装置はいわゆる仮想的なスレーブ駆動装置として動作する。マスタ駆動装置としては、特に、印刷機の主駆動装置の駆動ボードが対象となる。マスタ駆動装置とスレーブ駆動装置の違いは、スレーブ駆動装置は、分散した全ての駆動ボード、すなわち全てのユニット２ａ，２ｂ，２ｃに送信される動作指令に加えて、特定のスレーブ駆動装置だけにそれぞれ関係する他の動作指令も受け取るという点だけである。
【００１６】
主駆動装置とスレーブ駆動装置の違いは、図２からも分かる。図２には、マスタ駆動装置とスレーブ駆動装置の加速度、速度、角度位置が時間に対してそれぞれプロットされた３つのグラフが示されている。バスシステム６を介してスレーブに個別の動作指令が与えられていない限りは、メイン駆動装置も補助駆動装置も互いに完全に同期して動作する。しかし、補助駆動装置の１つを、主駆動装置に対して一定の角度Δφだけ回転させる必要がある場合は、図２に示すような工程が開始される。この場合、追加の動作指令が中央制御ユニット１からフィールドバス６を介して、該当する分散した駆動ボード、すなわちユニット２ａ，２ｂ，２ｃに送られる。例えば、分散した駆動ボード、すなわちユニット２ｃによって制御される電気駆動装置を、主駆動装置または他の補助駆動装置に対して一定の角度Δφだけ回転させることが意図される。図２に示す動作指令を言葉で表すと次のようになる。時刻ｔ＝１０ｓの時に、スレーブ駆動装置の角度を、時刻ｔ＝１０ｓのときの実際の角度に対して相対的に角度Δφだけ位置調整したいとする。この動作指令は、中央制御ユニット１によってコード化され、フィールドバスシステム６を介して、該当する分散した駆動ボード、ここではユニット２ｃに送られる。すると、目標値発生器であるユニット２ｃによって、分散した駆動ボード、すなわちユニット２ｃで、速度、加速度、および位置についての目標値が算出される。この動作指令は、スレーブ駆動装置の電気駆動装置が、時刻ｔ＝１０ｓの時、一定の加速度で速い回転速度へと、時刻ｔ＝１５ｓまで加速され、次に、この速度がその後５ｓの間一定に保たれ、次に、再びその後５ｓの間に、一定の負の加速度で当初の速度まで減速されることによって実行される。このようにして、時刻ｔ＝２５ｓの時、スレーブ駆動装置が主駆動装置または他の補助駆動装置と再び完全に同期して作動することが保証される。同期化は統一的な時間ベースに基づいて進められるので、この時間の情報は、いわゆる絶対的なシステム時間の情報として、分散した駆動ボード、すなわちユニット２ａ，２ｂ，２ｃにも中央の制御ユニッ１にも保持されている。このシステム時間は、フィールドバスシステム６によって同期させることができる、個々の駆動ボード、すなわちユニット２ａ，２ｂ，２ｃと中央制御ユニット１の刻時装置によって生成することができる。
【００１７】
統一的な時間ベースを生成する詳細な手順については、プロセス、特に印刷機を制御する際のプロセスの時間的な同期化を扱っている、独国特許第１０１１１６４７．０号明細書および独国特許第１００５９２７０．８号明細書の２件の特許出願を参照されたい。
【００１８】
上記に加えて、駆動ボード、すなわちユニット２ａ，２ｂ，２ｃのパラメータを決め、また診断をするためのデータを、フィールドバスシステム６を介して交換することもできる。このような駆動システムを高い信頼性で動作させることができるようにするためには、動作指令が、常に、それが実行されなければならない時刻よりも前に早めに、中央制御ユニット１から駆動ボード、すなわちユニット２ａ，２ｂ，２ｃへ送信される必要がある。この際の先行する時間としては、フィールドバスシステム６上での遅延時間、およびシステムのむだ時間を考慮する必要がある。ボード、すなわち分散システム２ａ，２ｂ，２ｃ上の計算機ユニット３ａ，３ｂ，３ｃは同じ計算速度で作動するので、個々のボード、すなわち分散システム２ａ，２ｂ，２ｃの間で動作指令の実行に遅延が生じることはあり得ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による駆動装置の構成図である。
【図２】スレーブ駆動装置の、マスタ駆動装置に対するいわゆる位置調整コマンドを説明する、位置と速度と加速度のグラフである。
【符号の説明】
１  中央制御ユニット
２ａ，２ｂ，２ｃ  ユニット
３ａ，３ｂ，３ｃ，４ａ，４ｂ，４ｃ  計算機ユニット
５ａ，５ｂ，５ｃ  駆動制御器
６  バスシステム
【図１】
0004652661.tif 000002
【図２】
0004652661.tif 000003