A2伺服在精密药液灌装生产线上的应用.doc

台达A2系列伺服在精密药液灌装生产线上应用
伺服数控产品处应用工程师张广伟
关键词:
高解析智能伺服、同步灌装、电子凸轮、新PR模式、CAPTURE资料抓取、By-PASS一主多从。
引言
今天,随着制药企业“GMP”新标准认证制度的实施,为制药企业对制药装备提出了更高的目标和要求。同样为制药装备厂家提供了前所未有的发展机遇和市场空间,但是传统的制药机械机械结构已经和控制方案已经不能满足现有的制药行业发展的需求,新一代的制药机械将可以提供更高精度的,更高自动化程度的控制工艺,来不断迎接市场的挑战!
本文以药品水针剂生产灌装生产线高精度同步灌装工艺为案例,详述了如何利用台达A2伺服独有的电子凸轮功能配合全新pr运动控制模式,仅以外置编码器作为命令来源,即可实现液体灌装速度和送瓶速度实时保持高精度同步。同时利用伺服By-pass功能,无需昂贵的运动控制器的参与,即可实现高性价比的一主多从多轴伺服同步控制控制方案。
机械设计和工艺要求
机械结构设计
灌装同步生产线,主要分为送瓶轴拖链、水平跟踪轴和垂直跟踪轴3部分构成,如下图所示。

早期药机同步灌装,送瓶轴拖链、水平跟踪轴和垂直跟踪轴3部分动力来源均为送瓶拖链电机输出。多是以机械凸轮通过多级机械传动,带动两个实体凸轮机构来实现同步。C加工中心才能生产,生产成本较高,而且调试和安装起来非常麻烦,并且随着使用时间增加,机械的磨损会影响到同步灌装的精度,后期维护费用很高,产品换型困难。
台达A2系列伺服电子凸轮功能就是针对上述问题而开发的智能型伺服系统。
伺服灌装同步生产线,仍然分为送瓶轴拖链、水平跟踪轴和垂直跟踪轴3部分构成,只是在机械结构上,摒弃了传统的机械凸轮连接,取而代之的是两颗高精度伺服系统,通过精密丝杆分别控制水平跟踪轴(X轴)和垂直跟踪轴(Y轴)的位移。其伺服系统的命令来源均为安装在送瓶拖链上的高解析度编码器提供。控制架构如下图所示:
详细机械数据如下:
主编码器分辨率为2000p/r,凸轮一周,编码器旋转2圈,采集脉冲数量16000ppr,5v差动信号。
主电机由变频器控制工作频率在0~50hz。
X/Y滑台丝杆的螺距为10mm,X/Y伺服编码器分辨率通过电子齿轮比功能设定为100000ppu。
X轴同步的区域长度为A~B=240mm。Y轴插入的距离为
40mm。
工艺要求:
精度要求:
灌装喷嘴直径为2mm,,无论何种速度。喷嘴和瓶口不能接触!
要求伺服在同一灌装速度下,。
不论主动轴变频器速度在0~50HZ内任意变换,伺服的加减速都可以保证完全同步,偏移量不得大于1mm。
伺服可以在变频器10HZ低速运行时,也能保证好的同步效果。
同步灌装动作要求:
X轴水平轴跟踪伺服,驱动灌装喷嘴前后运动。灌装过程分为同步区间和高速返回区间。其中同步区间速度和送料拖链速度保持一致。在同步区域内,Y轴才可以插针到瓶内。同步区结束后X轴高速返回到原点,等待插入下一组药瓶。
Y轴垂直轴提升伺服,驱动灌装喷嘴上下运动,灌装过程分为快速插入和慢速返回区间。快速插入时的距离为40mm。并要求在瓶底停留一段时间。然后慢速提升,提升速度和灌装系统流量相关,任何情况下不允许针管接触到灌装液面。
在灌装过程时,不论在快速插入瓶口和返回区间Y轴始终和
主动轴的编码器命令同步对应,同样伺服马达的速度和药瓶的输送速度保持一致,即为同步灌装要点!
台达高精度灌装控制方案
方案配置:
ASD-A2- 0421--B 控制器X2台
台达A2系列高解析智能伺服是台达电子凭借多年的伺服研发经验于2009年推出的新一代的伺服系统, 其设计引入了欧系高端伺服智能化的理念和控制架构。大幅提升了产品的性能和应用价值,产品主要特点如下:
20bit高解析编码器,可以提供1280000ppr的更高定位精度。
内含64组PR运动路径编辑功能,电子凸轮功能。无需高阶控制系统,就可实现复杂的运动控制和凸轮同步功能,
内含伺服By-pass功能,可以实现命令信号逐级传递不衰减,轻松构造一主多从的控制架构。
高响应和共振抑制可以满足各类机械环境。
方案的制定和实施
综合上述的分析,但A2智能伺服就完全可以实现的同步灌装运动控制要求。以下将针对同步灌装的主要工艺要求对方案可行性逐一进行分析。
动作分析与PR路径规划
同步灌装动作流程如下图所示:
下面以X水平跟踪伺服为例说明,动作要求如下和PR路径规划如下:
X轴回归机械原点
PR#00 回机械原点。开机X轴回归到机械原点。。
PR#01 回到原点,确保伺服因紧急情况脱离后,再次执行时处于X轴原点。
开启CAPTURE资料抓取功能。
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