哈爾濱海天自動化係統有限公司 秦勇

摘要：本ben文wen在zai簡jian要yao分fen析xi高gao速su螺luo杆gan分fen裝zhuang機ji自zi動dong化hua技ji術shu特te點dian的de基ji礎chu上shang，重zhong點dian介jie紹shao台tai達da機ji電dian產chan品pin在zai高gao速su螺luo杆gan分fen裝zhuang機ji應ying用yong上shang的de整zheng體ti自zi動dong化hua平ping台tai集ji成cheng技ji術shu優you勢shi。

關鍵字：分裝機  藥粉  PLC

1 引言
    粉針是醫學臨床應用上的重要的藥品劑型，廣泛應用於靜脈注射、肌肉注射用途
，不斷擴大的用量需求和不斷提高的分裝要求推動著粉針分裝設備的更新和發展。
    粉(fen)針(zhen)分(fen)裝(zhuang)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)不(bu)同(tong)的(de)原(yuan)理(li)完(wan)成(cheng)。國(guo)內(nei)螺(luo)杆(gan)分(fen)裝(zhuang)機(ji)是(shi)粉(fen)劑(ji)製(zhi)藥(yao)企(qi)業(ye)當(dang)前(qian)的(de)主(zhu)流(liu)設(she)備(bei)。螺(luo)杆(gan)分(fen)裝(zhuang)機(ji)機(ji)械(xie)原(yuan)理(li)成(cheng)熟(shu)可(ke)靠(kao)
，設(she)備(bei)占(zhan)地(di)麵(mian)積(ji)小(xiao)，便(bian)於(yu)同(tong)前(qian)後(hou)工(gong)序(xu)的(de)製(zhi)藥(yao)、包(bao)裝(zhuang)設(she)備(bei)聯(lian)線(xian)工(gong)作(zuo)。螺(luo)杆(gan)分(fen)裝(zhuang)機(ji)的(de)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)經(jing)曆(li)了(le)幾(ji)個(ge)階(jie)段(duan)的(de)發(fa)展(zhan)過(guo)程(cheng)
，在(zai)每(mei)一(yi)階(jie)段(duan)都(dou)有(you)與(yu)之(zhi)相(xiang)適(shi)應(ying)的(de)電(dian)氣(qi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)配(pei)合(he)工(gong)作(zuo)。機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)目(mu)前(qian)已(yi)趨(qu)於(yu)穩(wen)定(ding)成(cheng)熟(shu)，電(dian)氣(qi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)研(yan)究(jiu)和(he)進(jin)步(bu)對(dui)整(zheng)機(ji)分(fen)裝(zhuang)性(xing)能(neng)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)有(you)著(zhe)突(tu)出(chu)的(de)作(zuo)用(yong)。
    螺(luo)杆(gan)分(fen)裝(zhuang)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)是(shi)通(tong)過(guo)高(gao)速(su)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)螺(luo)杆(gan)向(xiang)藥(yao)瓶(ping)內(nei)推(tui)進(jin)藥(yao)粉(fen)，快(kuai)速(su)性(xing)和(he)準(zhun)確(que)性(xing)是(shi)設(she)備(bei)的(de)兩(liang)個(ge)基(ji)本(ben)要(yao)求(qiu)。縮(suo)短(duan)螺(luo)杆(gan)在(zai)每(mei)次(ci)分(fen)裝(zhuang)推(tui)進(jin)時(shi)的(de)占(zhan)用(yong)時(shi)間(jian)，就(jiu)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)分(fen)裝(zhuang)速(su)度(du)
，這(zhe)要(yao)求(qiu)螺(luo)杆(gan)旋(xuan)轉(zhuan)速(su)度(du)要(yao)高(gao)
，動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)要(yao)快(kuai)，現(xian)在(zai)的(de)設(she)備(bei)分(fen)裝(zhuang)速(su)度(du)已(yi)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)300瓶/分。增加設備上螺杆的數量
，可以同時對幾隻藥瓶進行灌裝，也是提高設備快速性的有效手段
，目前國產分裝機上可以見到一頭
、二頭、四頭的配置。
    為(wei)保(bao)證(zheng)分(fen)裝(zhuang)準(zhun)確(que)性(xing)，通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)來(lai)直(zhi)聯(lian)驅(qu)動(dong)分(fen)裝(zhuang)螺(luo)杆(gan)
，早(zao)期(qi)設(she)備(bei)應(ying)用(yong)過(guo)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)，但(dan)隨(sui)著(zhe)設(she)備(bei)要(yao)求(qiu)的(de)提(ti)高(gao)和(he)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)價(jia)格(ge)的(de)下(xia)降(jiang)，步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)在(zai)該(gai)設(she)備(bei)上(shang)已(yi)基(ji)本(ben)不(bu)用(yong)。伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)的(de)調(tiao)整(zheng)也(ye)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，如(ru)果(guo)加(jia)減(jian)速(su)響(xiang)應(ying)遲(chi)緩(huan)，連(lian)續(xu)灌(guan)裝(zhuang)中(zhong)前(qian)後(hou)相(xiang)鄰(lin)兩(liang)次(ci)推(tui)進(jin)的(de)藥(yao)粉(fen)沒(mei)有(you)清(qing)晰(xi)的(de)邊(bian)界(jie)

，也(ye)會(hui)造(zao)成(cheng)裝(zhuang)量(liang)不(bu)準(zhun)確(que)。
    因(yin)此(ci)，電(dian)氣(qi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)合(he)理(li)設(she)計(ji)與(yu)提(ti)升(sheng)螺(luo)杆(gan)分(fen)裝(zhuang)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)直(zhi)接(jie)相(xiang)關(guan)。台(tai)達(da)自(zi)動(dong)化(hua)產(chan)品(pin)可(ke)以(yi)為(wei)螺(luo)杆(gan)分(fen)裝(zhuang)機(ji)的(de)應(ying)用(yong)提(ti)供(gong)一(yi)套(tao)完(wan)整(zheng)的(de)控(kong)製(zhi)驅(qu)動(dong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，設(she)計(ji)中(zhong)通(tong)過(guo)優(you)化(hua)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)和(he)應(ying)用(yong)性(xing)能(neng)更(geng)高(gao)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)使(shi)得(de)分(fen)裝(zhuang)機(ji)工(gong)作(zuo)更(geng)快(kuai)速(su)

、更精準。本文中介紹的是應用台達自動化產品設計的一台4頭螺杆分裝機的應用實例。
2  控製係統分析
    以一台4頭(tou)螺(luo)杆(gan)分(fen)裝(zhuang)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)為(wei)例(li)，設(she)備(bei)要(yao)求(qiu)完(wan)成(cheng)送(song)瓶(ping)傳(chuan)送(song)帶(dai)的(de)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)驅(qu)動(dong)和(he)帶(dai)動(dong)螺(luo)杆(gan)的(de)四(si)台(tai)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)的(de)同(tong)步(bu)驅(qu)動(dong)。其(qi)它(ta)控(kong)製(zhi)要(yao)求(qiu)，如(ru)送(song)粉(fen)控(kong)製(zhi)、送塞控製、藥粉攪拌控製、灌裝口藥瓶檢測
、螺杆碰壁報警等，都是常見的開關量控製邏輯，通常的PLC係統都可以完成，本文為突出重點，略去不作討論。通用設計方案中控製係統結構如圖1所示。 

 圖1螺杆分裝機PLC控製係統典型配置

    PLC係統為完成1-4軸伺服電機控製，要采用專用的位置控製單元模塊，每一台伺服電機接收來自位控單元的脈衝序列完成螺杆推進動作。
    對於隻要求做1軸或2軸控製的螺杆分裝機
，通常也會采用PLC主機內置的2軸脈衝輸出，但是PLC主機輸出的脈衝頻率上限都較低，為使伺服電機達到最高轉速

，需要調低伺服電機的控製分辨率，設備分裝的精確性會受到影響。
    送瓶傳送帶電機要用變頻器驅動，為實現平滑調速PLC要配置1塊D/A單元。
3   台達自動化方案特色
    采用台達自動化產品，為完成上述的任務，設計中采用如圖2所示的控製結構。係統中省去了D/A單元和位控單元，節省了成本，減少了配線，更重要的是係統性能有了實質性的提高。
3．1 獨立自動化技術平台    
    PLC主機通過RS-485zongxianyubianpinqihesitaisifuqudongqilianzaiyiqi。zheshitaidazidonghuachanpindetese
，taidaderenheyizhongkongzhiqijian，xiaodaoyizhiwenkongyibiaodouzaibenjishangpeizhiyoufuheMOS-BUS通訊協議的RS-485總線
，設計中可以根據係統具體要求靈活地組成不同的控製架構，提高係統的功能和效率。 

圖2螺杆分裝機PLC控製係統台達配置

    本例中
，共有四台伺服電機，每次分裝的動作要求，即電機的旋轉角度和旋轉速度通過PLC的485通訊接口傳送到驅動器的寄存器裏，每次動作執行由PLC的一個輸出點來觸發。
3.2 台達PT伺服模式    
   伺服電機工作在台達特有的PR模式（即寄存器控製定位模式）下(xia)，工(gong)作(zuo)時(shi)隻(zhi)需(xu)要(yao)等(deng)待(dai)觸(chu)發(fa)信(xin)號(hao)
，而(er)不(bu)必(bi)接(jie)收(shou)脈(mai)衝(chong)序(xu)列(lie)
，這(zhe)也(ye)可(ke)以(yi)看(kan)做(zuo)由(you)內(nei)部(bu)預(yu)置(zhi)的(de)脈(mai)衝(chong)發(fa)生(sheng)器(qi)來(lai)指(zhi)揮(hui)運(yun)行(xing)。與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)脈(mai)衝(chong)序(xu)列(lie)定(ding)位(wei)模(mo)式(shi)（在台達稱PT模式
，仍可以選有）相比，本機上應用PR模式的優點是：
（1）提高信號抗擾能力。如果伺服電機采用脈衝序列來工作的話
，脈衝的傳遞線路極易受到電氣幹擾，但在PR模式下，不再有脈衝信號的傳遞，也就沒有抗擾工作的麻煩。
    （2）簡化布線。PR模式省去複雜的雙絞屏蔽線的布線的煩瑣，特別在設備被控軸數多的時候
，對比特別明顯。
    （3）提高定位運行品質。伺服電機在定位執行過程中，驅動器知道總的目標值
，進而知道確切的脈衝偏差數
，不象在PT模式下
，一方麵伺服的運行使得脈衝偏差在縮小
，同時後續的脈衝又使得偏差在增大
，因此PR模式在位置閉環運算中可以獲得更好的控製品質。
    （4）便於係統擴展。當係統要對更多數量的伺服軸進行控製時，隻需要把它們分別聯在RS-485總線上，對PLC的點數和位控輸出的軸數沒有影響，便於實現係統擴展。
    （5）降低PLC係統成本。通常的係統中，因為對PLC輸出脈衝的上限頻率的軸數的特別要求，總是要功能相對要強的PLC類型
，自然價格就相對要高。而在台達提供的方案中，PLC隻要能完成基本的邏輯控製任務即可，實際應用中我們也是采用相對功能簡單的模塊來實現的。
送瓶傳送帶的變頻器控製，也是同樣道理
，采用RS-485總線來傳送速度指令。因為是數字通迅，速度傳送沒有偏差，同時也具有簡化布線
、便於擴展的優點。
4 結束語
    以yi上shang是shi台tai達da自zi動dong化hua產chan品pin在zai螺luo杆gan分fen裝zhuang機ji上shang的de一yi個ge應ying用yong實shi例li，台tai達da可ke以yi提ti供gong用yong以yi解jie決jue生sheng產chan設she備bei自zi動dong化hua控kong製zhi的de整zheng套tao解jie決jue方fang案an，基ji於yu各ge種zhong完wan成cheng控kong製zhi、驅動、操作、測ce量liang任ren務wu的de單dan元yuan器qi件jian，可ke以yi搭da建jian出chu不bu同tong架jia構gou的de控kong製zhi係xi統tong，特te別bie適shi合he於yu利li用yong分fen布bu式shi控kong製zhi原yuan則ze解jie決jue綜zong合he性xing的de控kong製zhi任ren務wu
，目mu前qian台tai達da自zi動dong化hua產chan品pin已yi成cheng功gong應ying用yong於yu國guo內nei製zhi造zao的de幾ji乎hu全quan部bu種zhong類lei的de製zhi藥yao機ji械xie上shang。