前言
柱塞式灌裝機(jī)，在醫(yī)藥領(lǐng)域藥品藥劑的裝量國(guó)家有嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因?yàn)殛P(guān)乎生命安全所以精準(zhǔn)度非常重要。對(duì)制藥生產(chǎn)企業(yè)，一方面要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家關(guān)于灌裝藥品的規(guī)范，另一方面更注重生產(chǎn)效率，總之既要做到精準(zhǔn)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，又要盡可能提高生產(chǎn)效率，以最大化獲取企業(yè)效益。
客戶以往的機(jī)器是使用機(jī)械凸輪實(shí)現(xiàn)從軸跟隨主軸速度進(jìn)行灌裝，一臺(tái)設(shè)備上需要至少有三個(gè)機(jī)械凸輪。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，機(jī)械凸輪會(huì)有磨損，造成灌裝位置偏移。機(jī)械凸輪的速度不能快，否則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的抖動(dòng)，因此使生產(chǎn)效率大打折扣。臺(tái)達(dá)10MC可以支持16軸，并可以建立多組電子凸輪曲線。利用電子凸輪曲線實(shí)現(xiàn)灌裝針與瓶位置對(duì)應(yīng)。并可利用電子凸輪曲線實(shí)現(xiàn)藥泵控制，通過修改電子凸輪關(guān)鍵點(diǎn)來達(dá)到調(diào)整灌裝量。
2 系統(tǒng)控制框圖及說明
2.1設(shè)備框圖
圖1 設(shè)備框圖
2.2工藝要求
客戶此次設(shè)備是要求一次灌裝十瓶。主機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)瓶位開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，從軸開始根據(jù)電子凸輪曲線追隨主軸位置。當(dāng)主從同步時(shí)，灌裝軸下針，當(dāng)針到瓶底時(shí)，藥泵開始打藥。藥泵包括打藥伺服和換向伺服。藥劑量根據(jù)觸摸屏設(shè)定的值，改變打藥伺服電子凸輪曲線關(guān)鍵點(diǎn)。當(dāng)打藥伺服到達(dá)藥劑凸輪點(diǎn)時(shí)，換向伺服旋轉(zhuǎn)換向，改變藥劑流向。換向伺服的工作亦是根據(jù)凸輪曲線動(dòng)作。藥泵整個(gè)動(dòng)作在同步區(qū)里全部完成。當(dāng)從軸快脫離同步區(qū)時(shí)，灌裝軸上升到原點(diǎn)，從軸跟據(jù)凸輪曲線高速返回起點(diǎn)。等待下一期到來，往復(fù)以上動(dòng)作。
3 配置方案選型及程序
3.1配置方案選型
該設(shè)備一共有六顆伺服，且各個(gè)伺服間都有對(duì)應(yīng)的位置關(guān)系，因此控制器選用臺(tái)達(dá)10MC總線運(yùn)動(dòng)控制器。（如圖2所示）
圖2 臺(tái)達(dá)10MC總線運(yùn)動(dòng)控制器
DVP10MC11T是臺(tái)達(dá)自主研發(fā)的基于CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線的多軸運(yùn)動(dòng)控制器，它遵循CANopen DS301基本通訊協(xié)議和DSP402運(yùn)動(dòng)控制協(xié)議，同時(shí)還支持大部分國(guó)際組織所定義的運(yùn)動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)指令庫(kù)，極大方便使用者快速入門，迅速的進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。
DVP10MC11T是一個(gè)多功能控制器，其內(nèi)部包含標(biāo)準(zhǔn)PLC模塊和MC運(yùn)動(dòng)控制模塊兩大功能模塊（如圖3）。PLC模塊與臺(tái)達(dá)其它DVP系列PLC功能相似，使用方法也相同，通過WPLSoft或ISPSoft編程軟件，可以編寫梯形圖，順序功能圖，指令表等臺(tái)達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的PLC邏輯程序。PLC 模塊同時(shí)還支持左側(cè)和右側(cè)兩個(gè)擴(kuò)展接口，左側(cè)為高速并行擴(kuò)展口，可以連接最多7 臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線主站模塊（DeviceNet，CANopen主站等）、以太網(wǎng)模塊及高速模擬量模塊等，右側(cè)用來連接原DVP-S系列PLC的擴(kuò)展模塊（如低速模擬量及數(shù)字量模塊）。MC運(yùn)動(dòng)控制模塊主要通過CANopen總線，對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行精密的控制，以完成用戶所期望的速度控制、位置控制等功能。MC運(yùn)動(dòng)控制模塊采用CANopenBuilder軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制編程，來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)，運(yùn)動(dòng)控制語言以圖形化的方式提供用戶編寫運(yùn)動(dòng)控制功能，使用簡(jiǎn)潔，易于學(xué)習(xí)理解。同時(shí)，CANopeBuilder軟件也提供用戶方便的G 代碼編輯、預(yù)覽、電子凸輪編輯等界面，方便用戶規(guī)劃更有特色的運(yùn)動(dòng)控制需求。由于采用高可靠性的CAN總線為主線的通訊系統(tǒng)，DVP10MC11T只需為客戶提供簡(jiǎn)單配線，因具有高速可靠的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用在包裝、印刷、封裝、切割、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)等各種自動(dòng)化控制領(lǐng)域中。
圖3 DVP10MC11T內(nèi)部結(jié)構(gòu)
MC運(yùn)動(dòng)控制模塊主要功能有：?jiǎn)屋S系統(tǒng)最大支持16個(gè)實(shí)軸；兩軸直線/圓弧插補(bǔ)；簡(jiǎn)易NC功能，2.5軸G代碼支持；電子凸輪，5階多項(xiàng)式擬合，支持虛軸；電子齒輪。
10MC控制器是CANopen總線控制器，臺(tái)達(dá)A2-M伺服支持CANopen通訊。與10MC控制器配套選用。配線大大簡(jiǎn)化、控制更加精確，能夠滿足高端設(shè)備的應(yīng)用需求。
3.2控制方法
硬件架構(gòu)如圖4。
圖4 硬件架構(gòu)圖
程序架構(gòu)如圖5
圖5 程序架構(gòu)圖
設(shè)置各個(gè)軸的軸參數(shù)如圖6和圖7。
圖6 運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)圖
圖7 參數(shù)配置界面
以上是主軸參數(shù)。其他各軸除軸號(hào)、齒輪箱、導(dǎo)程參數(shù)不同，其他都相同。
正常工作時(shí)，建立虛軸3，各齒輪和電子凸輪都擬合。主軸3和取樣軸6的齒輪比是1:1。四個(gè)凸輪曲線如圖8（a、b、c、d）所示。
a 虛擬軸-從軸曲線
b 虛擬軸-灌裝軸曲線
c 虛擬軸-打藥軸曲線
d 虛擬軸-換向軸曲線
圖8 凸輪曲線圖（a、b、c、d）
各軸運(yùn)行按照曲線運(yùn)行。當(dāng)需要修改灌裝量時(shí)修改D32792和D32794,更新凸輪曲線程序如圖9。
圖9凸輪曲線程序更新
藥泵排空時(shí)，通過判斷標(biāo)志位，使虛軸3和主軸、從軸脫離齒輪和電子凸輪關(guān)系。需要注意到，10MC脫離齒輪時(shí)，需要在停止?fàn)顟B(tài)下才能脫離成功。脫離電子凸輪后，從軸會(huì)按照當(dāng)前的速度繼續(xù)運(yùn)行，所以需要在從軸停止?fàn)顟B(tài)下脫離，才能保證安全。
部分程序如圖10。
圖10 部分程序圖
4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試結(jié)果
觸摸屏上的命令和數(shù)據(jù)通過PLC運(yùn)算后，通過MC和PLC的公共區(qū)域的寄存器進(jìn)行傳輸。部分畫面如圖11。
圖11 界面圖
經(jīng)過調(diào)試后，該設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)量比傳統(tǒng)機(jī)器有了大幅提升，能達(dá)到300瓶。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，工人操作方便?，F(xiàn)場(chǎng)圖片如圖12。
圖12 現(xiàn)場(chǎng)圖
客戶已正常運(yùn)行一段時(shí)間，證明該方案的應(yīng)用非常成功。大大提高了設(shè)備產(chǎn)能需要，更改善設(shè)備機(jī)械的穩(wěn)定性和操作性。10MC的功能塊調(diào)用使調(diào)試簡(jiǎn)單化、開發(fā)周期短。目前，客戶一直在運(yùn)用該套方案，得到了客戶高度肯定。
