摘 要：介紹基于臺達智能型伺服系統(tǒng)的高精度灌裝控制方案。對于藥品液體灌裝生產(chǎn)線的高精度同步灌裝工藝，臺達A2伺服獨有的電子凸輪功能配合全新pr運動控制模式，實現(xiàn)了液體灌裝速度和送瓶速度實時保持高精度同步。
關鍵詞：高解析智能伺服、同步灌裝、電子凸輪、新PR模式、CAPTURE資料抓取、By-PASS一主多從 。

1. 引言

今天，隨著制藥企業(yè)“GMP”新標準認證制度的實施，為制藥企業(yè)對制藥裝備提出了更高的目標和要求。同樣為制藥裝備廠家提供了前所未有的發(fā)展機遇和市場空間，但是傳統(tǒng)的制藥機械機械結構已經(jīng)和控制方案已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的制藥行業(yè)發(fā)展的需求，新一代的制藥機械將可以提供更高精度的，更高自動化程度的控制工藝，來不斷迎接市場的挑戰(zhàn)！

本文以藥品水針劑生產(chǎn)灌裝生產(chǎn)線高精度同步灌裝工藝為案例，詳述了如何利用臺達A2伺服獨有的電子凸輪功能配合全新pr運動控制模式，僅以外置編碼器作為命令來源，即可實現(xiàn)液體灌裝速度和送瓶速度實時保持高精度同步。同時利用伺服By-pass功能，無需昂貴的運動控制器的參與，即可實現(xiàn)高性價比的一主多從多軸伺服同步控制控制方案。

2. 機械設計和工藝要求

1) 機械結構設計

灌裝同步生產(chǎn)線，主要分為送瓶軸拖鏈、水平跟蹤軸和垂直跟蹤軸3部分構成，如下圖所示。

早期藥機同步灌裝，送瓶軸拖鏈、水平跟蹤軸和垂直跟蹤軸3部分動力來源均為送瓶拖鏈電機輸出。多是以機械凸輪通過多級機械傳動，帶動兩個實體凸輪機構來實現(xiàn)同步。實體的凸輪加工需要高精密的CNC加工中心才能生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較高，而且調(diào)試和安裝起來非常麻煩，并且隨著使用時間增加，機械的磨損會影響到同步灌裝的精度，后期維護費用很高，產(chǎn)品換型困難。

臺達A2系列伺服電子凸輪功能就是針對上述問題而開發(fā)的智能型伺服系統(tǒng)。

伺服灌裝同步生產(chǎn)線，仍然分為送瓶軸拖鏈、水平跟蹤軸和垂直跟蹤軸3部分構成，只是在機械結構上，摒棄了傳統(tǒng)的機械凸輪連接，取而代之的是兩顆高精度伺服系統(tǒng)，通過精密絲桿分別控制水平跟蹤軸（X軸）和垂直跟蹤軸（Y軸）的位移。其伺服系統(tǒng)的命令來源均為安裝在送瓶拖鏈上的高解析度編碼器提供。控制架構如下圖所示：

· 詳細機械數(shù)據(jù)如下：

* 主編碼器分辨率為2000p/r，凸輪一周，編碼器旋轉2圈，采集脈沖數(shù)量16000ppr，5v差動信號。
* 主電機由變頻器控制工作頻率在0~50hz。
* X/Y滑臺絲桿的螺距為10mm，X/Y伺服編碼器分辨率通過電子齒輪比功能設定為100000ppu。
* X軸同步的區(qū)域長度為A~B=240mm。Y軸插入的距離為40mm。

2) 工藝要求：

· 精度要求：

* 灌裝噴嘴直徑為2mm，藥瓶口直徑為6.5mm，無論何種速度。噴嘴和瓶口不能接觸！
* 要求伺服在同一灌裝速度下，定位精度在0.5mm內(nèi)。
* 不論主動軸變頻器速度在0~50HZ內(nèi)任意變換，伺服的加減速都可以保證完全同步，偏移量不得大于1mm。
* 伺服可以在變頻器10HZ低速運行時，也能保證好的同步效果。

· 同步灌裝動作要求：

* X軸水平軸跟蹤伺服，驅動灌裝噴嘴前后運動。灌裝過程分為同步區(qū)間和高速返回區(qū)間。其中同步區(qū)間速度和送料拖鏈速度保持一致。在同步區(qū)域內(nèi)，Y軸才可以插針到瓶內(nèi)。同步區(qū)結束后X軸高速返回到原點，等待插入下一組藥瓶。

* Y軸垂直軸提升伺服，驅動灌裝噴嘴上下運動，灌裝過程分為快速插入和慢速返回區(qū)間。快速插入時的距離為40mm。并要求在瓶底停留一段時間。然后慢速提升，提升速度和灌裝系統(tǒng)流量相關，任何情況下不允許針管接觸到灌裝液面。

* 在灌裝過程時，不論在快速插入瓶口和返回區(qū)間Y軸始終和主動軸的編碼器命令同步對應，同樣伺服馬達的速度和藥瓶的輸送速度保持一致，即為同步灌裝要點！

3. 臺達高精度灌裝控制方案
方案配置：

* ASD-A2- 0421--B 控制器X2臺

臺達A2系列高解析智能伺服是臺達電子憑借多年的伺服研發(fā)經(jīng)驗于2009年推出的新一代的伺服系統(tǒng)，其設計引入了歐系高端伺服智能化的理念和控制架構。大幅提升了產(chǎn)品的性能和應用價值，產(chǎn)品主要特點如下：

* 20bit高解析編碼器，可以提供1280000ppr的更高定位精度。
* 內(nèi)含64組PR運動路徑編輯功能，電子凸輪功能。無需高階控制系統(tǒng)，就可實現(xiàn)復雜的運動控制和凸輪同步功能，
* 內(nèi)含伺服By-pass功能，可以實現(xiàn)命令信號逐級傳遞不衰減，輕松構造一主多從的控制架構。
* 高響應和共振抑制可以滿足各類機械環(huán)境。

4. 方案的制定和實施

綜合上述的分析，但A2智能伺服就完全可以實現(xiàn)的同步灌裝運動控制要求。以下將針對同步灌裝的主要工藝要求對方案可行性逐一進行分析。

1) 動作分析與PR路徑規(guī)劃

同步灌裝動作流程如下圖所示：

下面以X水平跟蹤伺服為例說明，動作要求如下和PR路徑規(guī)劃如下：

A. X軸回歸機械原點

* PR#00 回機械原點。開機X軸回歸到機械原點。。
* PR#01 回到原點,確保伺服因緊急情況脫離后，再次執(zhí)行時處于X軸原點。

B. 開啟CAPTURE資料抓取功能。

CAPTURE 的概念是利用外部的觸發(fā)信號DI7，達到瞬間抓取運動軸的位置資料，并存放到資料陣列中，作為后續(xù)運動控制使用.

需要特別說明的是，當伺服使用CAPTURE資料抓取功能時，伺服系統(tǒng)將強制關閉原有DI 功能規(guī)劃，將DI7強制為CAPTURE。故在CAP功能開啟后，DI7只能使用在CAPTURE，因為這個信號經(jīng)過硬體特殊處理為高速處理I/O,響應時間為3μ秒

* PR#02 寫參數(shù)P5-39=0 關閉CAPTURE功能，防止誤動作。
* PR#03 寫參數(shù)5-38=1 ，只嚙合一次，保證在同步區(qū)間不會出現(xiàn)干擾信號。
* PR#4 寫參數(shù)5-39=0XF021，啟動CAP資料抓取功能 。

C. 電子凸輪功能設置。

等待CAPTURE資料抓取信號，由安裝在主動軸上的接近開關信號，觸發(fā)A2伺服Capture和E-CAM功能，來實現(xiàn)電子凸輪嚙合。

* PR#5 寫參數(shù)5-88=0XF2220，關閉電子凸輪功能。