1. 引言

    當(dāng)前隨著制藥企業(yè)“GMP”新標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)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(biāo)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(jié)構(gòu)已經(jīng)和控制方案存在控制精度差、設(shè)備故障率高等問題，這明顯已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的制藥行業(yè)發(fā)展的需求。新一代的基于伺服裝置控制的制藥機械將可以提供更高精度的，更高自動化程度的制程工藝，以滿足市場新的要求。

    本文基于臺達A2伺服獨有的電子凸輪功能配合全新pr運動控制模式，針對藥品水針劑生產(chǎn)灌裝生產(chǎn)線高精度同步灌裝工藝工程，實現(xiàn)了一套高性價比的主從多軸伺服同步控制方案。 

2 機械設(shè)計和工藝要求

2.1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)成。

　　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(gòu)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(gòu)成，只是在機械結(jié)構(gòu)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。

其詳細(xì)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(zhuǎn)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(shè)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。

2.2 工藝要求

A、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。

　　（4）伺服可以在變頻器10HZ低速運行時，也能保證好的同步效果。

B、同步灌裝動作要求：

　　（1）X軸水平軸跟蹤伺服，驅(qū)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(jié)束后X軸高速返回到原點，等待插入下一組藥瓶。

     （2）Y軸垂直軸提升伺服，驅(qū)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?？焖俨迦霑r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(guān)，任何情況下不允許針管接觸到灌裝液面。

   （3）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(yīng)，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

3.1 方案配置

    本方案配置ASD-A2- 0421－－B 控制器2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(shè)計引入了歐系高端伺服智能化的理念和控制架構(gòu)。大幅提升了產(chǎn)品的性能和應(yīng)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。

　　（2）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(fù)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(gòu)造一主多從的控制架構(gòu)。

　?。?）高響應(yīng)和共振抑制可以滿足各類機械環(huán)境。

3.2 方案實施

　　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。