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哈爾濱海天自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司 秦勇

摘要：本文在簡(jiǎn)要分析高速螺桿分裝機(jī)自動(dòng)化技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在高速螺桿分裝機(jī)應(yīng)用上的整體自動(dòng)化平臺(tái)集成技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵字：分裝機(jī)  藥粉  PLC

1 引言
    粉針是醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用上的重要的藥品劑型，廣泛應(yīng)用于靜脈注射、肌肉注射用途，不斷擴(kuò)大的用量需求和不斷提高的分裝要求推動(dòng)著粉針分裝設(shè)備的更新和發(fā)展。
    粉針分裝可以通過不同的原理完成。國(guó)內(nèi)螺桿分裝機(jī)是粉劑制藥企業(yè)當(dāng)前的主流設(shè)備。螺桿分裝機(jī)機(jī)械原理成熟可靠，設(shè)備占地面積小，便于同前后工序的制藥、包裝設(shè)備聯(lián)線工作。螺桿分裝機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了幾個(gè)階段的發(fā)展過程，在每一階段都有與之相適應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)配合工作。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前已趨于穩(wěn)定成熟，電氣控制系統(tǒng)的研究和進(jìn)步對(duì)整機(jī)分裝性能的進(jìn)一步提高有著突出的作用。
    螺桿分裝機(jī)的工作原理是通過高速旋轉(zhuǎn)的螺桿向藥瓶?jī)?nèi)推進(jìn)藥粉，快速性和準(zhǔn)確性是設(shè)備的兩個(gè)基本要求。縮短螺桿在每次分裝推進(jìn)時(shí)的占用時(shí)間，就可以提高分裝速度，這要求螺桿旋轉(zhuǎn)速度要高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要快，現(xiàn)在的設(shè)備分裝速度已可以達(dá)到300瓶/分。增加設(shè)備上螺桿的數(shù)量，可以同時(shí)對(duì)幾只藥瓶進(jìn)行灌裝，也是提高設(shè)備快速性的有效手段，目前國(guó)產(chǎn)分裝機(jī)上可以見到一頭、二頭、四頭的配置。
    為保證分裝準(zhǔn)確性，通常采用交流伺服電機(jī)來直聯(lián)驅(qū)動(dòng)分裝螺桿，早期設(shè)備應(yīng)用過步進(jìn)電機(jī)，但隨著設(shè)備要求的提高和伺服電機(jī)價(jià)格的下降，步進(jìn)電機(jī)在該設(shè)備上已基本不用。伺服電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的調(diào)整也至關(guān)重要，如果加減速響應(yīng)遲緩，連續(xù)灌裝中前后相鄰兩次推進(jìn)的藥粉沒有清晰的邊界，也會(huì)造成裝量不準(zhǔn)確。
    因此，電氣控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)與提升螺桿分裝機(jī)的工作性能直接相關(guān)。臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品可以為螺桿分裝機(jī)的應(yīng)用提供一套完整的控制驅(qū)動(dòng)解決方案，設(shè)計(jì)中通過優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)和應(yīng)用性能更高的控制器件可以使得分裝機(jī)工作更快速、更精準(zhǔn)。本文中介紹的是應(yīng)用臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一臺(tái)4頭螺桿分裝機(jī)的應(yīng)用實(shí)例。
2  控制系統(tǒng)分析
    以一臺(tái)4頭螺桿分裝機(jī)的控制為例，設(shè)備要求完成送瓶傳送帶的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)和帶動(dòng)螺桿的四臺(tái)伺服電機(jī)的同步驅(qū)動(dòng)。其它控制要求，如送粉控制、送塞控制、藥粉攪拌控制、灌裝口藥瓶檢測(cè)、螺桿碰壁報(bào)警等，都是常見的開關(guān)量控制邏輯，通常的PLC系統(tǒng)都可以完成，本文為突出重點(diǎn)，略去不作討論。通用設(shè)計(jì)方案中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 

 圖1螺桿分裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)典型配置

    PLC系統(tǒng)為完成1-4軸伺服電機(jī)控制，要采用專用的位置控制單元模塊，每一臺(tái)伺服電機(jī)接收來自位控單元的脈沖序列完成螺桿推進(jìn)動(dòng)作。
    對(duì)于只要求做1軸或2軸控制的螺桿分裝機(jī)，通常也會(huì)采用PLC主機(jī)內(nèi)置的2軸脈沖輸出，但是PLC主機(jī)輸出的脈沖頻率上限都較低，為使伺服電機(jī)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，需要調(diào)低伺服電機(jī)的控制分辨率，設(shè)備分裝的精確性會(huì)受到影響。
    送瓶傳送帶電機(jī)要用變頻器驅(qū)動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速PLC要配置1塊D/A單元。
3   臺(tái)達(dá)自動(dòng)化方案特色
    采用臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品，為完成上述的任務(wù)，設(shè)計(jì)中采用如圖2所示的控制結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中省去了D/A單元和位控單元，節(jié)省了成本，減少了配線，更重要的是系統(tǒng)性能有了實(shí)質(zhì)性的提高。
3．1 獨(dú)立自動(dòng)化技術(shù)平臺(tái)    
    PLC主機(jī)通過RS-485總線與變頻器和四臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器聯(lián)在一起。這是臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品的特色，臺(tái)達(dá)的任何一種控制器件，小到一只溫控儀表都在本機(jī)上配置有符合MOS-BUS通訊協(xié)議的RS-485總線，設(shè)計(jì)中可以根據(jù)系統(tǒng)具體要求靈活地組成不同的控制架構(gòu)，提高系統(tǒng)的功能和效率。 

圖2螺桿分裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)臺(tái)達(dá)配置

    本例中，共有四臺(tái)伺服電機(jī)，每次分裝的動(dòng)作要求，即電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度通過PLC的485通訊接口傳送到驅(qū)動(dòng)器的寄存器里，每次動(dòng)作執(zhí)行由PLC的一個(gè)輸出點(diǎn)來觸發(fā)。
3.2 臺(tái)達(dá)PT伺服模式    
   伺服電機(jī)工作在臺(tái)達(dá)特有的PR模式（即寄存器控制定位模式）下，工作時(shí)只需要等待觸發(fā)信號(hào)，而不必接收脈沖序列，這也可以看做由內(nèi)部預(yù)置的脈沖發(fā)生器來指揮運(yùn)行。與傳統(tǒng)的脈沖序列定位模式（在臺(tái)達(dá)稱PT模式，仍可以選有）相比，本機(jī)上應(yīng)用PR模式的優(yōu)點(diǎn)是：
（1）提高信號(hào)抗擾能力。如果伺服電機(jī)采用脈沖序列來工作的話，脈沖的傳遞線路極易受到電氣干擾，但在PR模式下，不再有脈沖信號(hào)的傳遞，也就沒有抗擾工作的麻煩。
    （2）簡(jiǎn)化布線。PR模式省去復(fù)雜的雙絞屏蔽線的布線的煩瑣，特別在設(shè)備被控軸數(shù)多的時(shí)候，對(duì)比特別明顯。
    （3）提高定位運(yùn)行品質(zhì)。伺服電機(jī)在定位執(zhí)行過程中，驅(qū)動(dòng)器知道總的目標(biāo)值，進(jìn)而知道確切的脈沖偏差數(shù)，不象在PT模式下，一方面伺服的運(yùn)行使得脈沖偏差在縮小，同時(shí)后續(xù)的脈沖又使得偏差在增大，因此PR模式在位置閉環(huán)運(yùn)算中可以獲得更好的控制品質(zhì)。
    （4）便于系統(tǒng)擴(kuò)展。當(dāng)系統(tǒng)要對(duì)更多數(shù)量的伺服軸進(jìn)行控制時(shí)，只需要把它們分別聯(lián)在RS-485總線上，對(duì)PLC的點(diǎn)數(shù)和位控輸出的軸數(shù)沒有影響，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展。
    （5）降低PLC系統(tǒng)成本。通常的系統(tǒng)中，因?yàn)閷?duì)PLC輸出脈沖的上限頻率的軸數(shù)的特別要求，總是要功能相對(duì)要強(qiáng)的PLC類型，自然價(jià)格就相對(duì)要高。而在臺(tái)達(dá)提供的方案中，PLC只要能完成基本的邏輯控制任務(wù)即可，實(shí)際應(yīng)用中我們也是采用相對(duì)功能簡(jiǎn)單的模塊來實(shí)現(xiàn)的。
送瓶傳送帶的變頻器控制，也是同樣道理，采用RS-485總線來傳送速度指令。因?yàn)槭菙?shù)字通迅，速度傳送沒有偏差，同時(shí)也具有簡(jiǎn)化布線、便于擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)。
4 結(jié)束語
    以上是臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品在螺桿分裝機(jī)上的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，臺(tái)達(dá)可以提供用以解決生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化控制的整套解決方案，基于各種完成控制、驅(qū)動(dòng)、操作、測(cè)量任務(wù)的單元器件，可以搭建出不同架構(gòu)的控制系統(tǒng)，特別適合于利用分布式控制原則解決綜合性的控制任務(wù)，目前臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)制造的幾乎全部種類的制藥機(jī)械上。