西门子6ES7222-1BF22-0XA8产品描述

西门子6ES7222-1BF22-0XA8产品描述1 引言粉针是医学临床应用上的重要的药品剂型，广泛应用于静脉注射、肌肉注射用途，不断扩大的用量需求和不断提高的分装要求推动着粉针分装设备的更新和发展。粉针分装可以通过不同的原理完成。国内螺杆分装机是粉剂制药企业当前的主流设备。螺杆分装机机械原理成熟可靠，设备占地面积小，便于同前后工序的制药、包装设备联线工作。螺杆分装机的机械系统设计经历了几个阶段的发展过程，在每一阶段都有与之相适应的电气控制系统配合工作。机械系统设计目前已趋于稳定成熟，电气控制系统的研究和进步对整机分装性能的进一步提高有着突出的作用。螺杆分装机的工作原理是通过高速旋转的螺杆向药瓶内推进药粉，快速性和准确性是设备的两个基本要求。缩短螺杆在每次分装推进时的占用时间，就可以提高分装速度，这要求螺杆旋转速度要高，动态响应要快，现在的设备分装速度已可以达到300瓶/分。增加设备上螺杆的数量，可以同时对几只药瓶进行灌装，也是提高设备快速性的有效手段，目前国产分装机上可以见到一头、二头、四头的配置。为保证分装准确性，通常采用交流伺服电机来直联驱动分装螺杆，早期设备应用过步进电机，但随着设备要求的提高和伺服电机价格的下降，步进电机在该设备上已基本不用。伺服电机动态性能的调整也至关重要，如果加减速响应迟缓，连续灌装中前后相邻两次推进的药粉没有清晰的边界，也会造成装量不准确。因此，电气控制系统的合理设计与提升螺杆分装机的工作性能直接相关。台达自动化产品可以为螺杆分装机的应用提供一套完整的控制驱动解决方案，设计中通过优化控制结构和应用性能更高的控制器件可以使得分装机工作更快速、更。本文中介绍的是应用台达自动化产品设计的一台4头螺杆分装机的应用实例。2 控制系统分析以一台4头螺杆分装机的控制为例，设备要求完成送瓶传送带的变频调速驱动和带动螺杆的四台伺服电机的同步驱动。其它控制要求，如送粉控制、送塞控制、药粉搅拌控制、灌装口药瓶检测、螺杆碰壁报警等，都是常见的开关量控制逻辑，通常的PLC系统都可以完成，本文为突出重点，略去不作讨论。通用设计方案中控制系统结构如图1所示。图1螺杆分装机PLC控制系统典型配置PLC系统为完成1-4轴伺服电机控制，要采用专用的位置控制单元模块，每一台伺服电机接收来自位控单元的脉冲序列完成螺杆推进动作。对于只要求做1轴或2轴控制的螺杆分装机，通常也会采用PLC主机内置的2轴脉冲输出，但是PLC主机输出的脉冲频率上限都较低，为使伺服电机达到高转速，需要调低伺服电机的控制分辨率，设备分装的jingque性会受到影响。送瓶传送带电机要用变频器驱动，为实现平滑调速PLC要配置1块D/A单元。3 台达自动化方案特色采用台达自动化产品，为完成上述的任务，设计中采用如图2所示的控制结构。系统中省去了D/A单元和位控单元，节省了成本，减少了配线，更重要的是系统性能有了实质性的提高。3．1 独立自动化技术平台PLC主机通过RS-485总线与变频器和四台伺服驱动器联在一起。这是台达自动化产品的特色，台达的任何一种控制器件，小到一只温控仪表都在本机上配置有符合MOS-BUS通讯协议的RS-485总线，设计中可以根据系统具体要求灵活地组成不同的控制架构，提高系统的功能和效率。图2螺杆分装机PLC控制系统台达配置本例中，共有四台伺服电机，每次分装的动作要求，即电机的旋转角度和旋转速度通过PLC的485通讯接口传送到驱动器的寄存器里，每次动作执行由PLC的一个输出点来触发。3.2 台达PT伺服模式伺服电机工作在台达特有的PR模式（即寄存器控制定位模式）下，工作时只需要等待触发信号，而不必接收脉冲序列，这也可以看做由内部预置的脉冲发生器来指挥运行。与传统的脉冲序列定位模式（在台达称PT模式，仍可以选有）相比，本机上应用PR模式的优点是：（1）提高信号抗扰能力。如果伺服电机采用脉冲序列来工作的话，脉冲的传递线路极易受到电气干扰，但在PR模式下，不再有脉冲信号的传递，也就没有抗扰工作的麻烦。（2）简化布线。PR模式省去复杂的双绞屏蔽线的布线的烦琐，特别在设备被控轴数多的时候，对比特别明显。（3）提高定位运行品质。伺服电机在定位执行过程中，驱动器知道总的目标值，进而知道确切的脉冲偏差数，不象在PT模式下，一方面伺服的运行使得脉冲偏差在缩小，同时后续的脉冲又使得偏差在增大，因此PR模式在位置闭环运算中可以获得更好的控制品质。（4）便于系统扩展。当系统要对更多数量的伺服轴进行控制时，只需要把它们分别联在RS-485总线上，对PLC的点数和位控输出的轴数没有影响，便于实现系统扩展。（5）降低PLC系统成本。通常的系统中，因为对PLC输出脉冲的上限频率的轴数的特别要求，总是要功能相对要强的PLC类型，自然价格就相对要高。而在台达提供的方案中，PLC只要能完成基本的逻辑控制任务即可，实际应用中我们也是采用相对功能简单的模块来实现的。送瓶传送带的变频器控制，也是同样道理，采用RS-485总线来传送速度指令。因为是数字通迅，速度传送没有偏差，同时也具有简化布线、便于扩展的优点。4 结束语以上是台达自动化产品在螺杆分装机上的一个应用实例，台达可以提供用以解决生产设备自动化控制的整套解决方案，基于各种完成控制、驱动、操作、测量任务的单元器件，可以搭建出不同架构的控制系统，特别适合于利用分布式控制原则解决综合性的控制任务，目前台达自动化产品已成功应用于国内制造的几乎全部种类的制药机械上。1引言由于GMP认证对制药机械行业的影响，近一两年来国内用户对设备的采购量出现了严重的萎缩，以至于摆在制药设备制造商面前的生存问题相当残酷，是等待市场的再度崛起还是另找出路，显然大浪淘沙不进则退，商家为了生机有的去涉足其他行业，有的去开拓国外的市场，但所有的一切的实现都将面临一个问题——如何来吸引你的客户。本文结合我司在药机行业的一点经验，浅谈以下台达自动化产品在电子数片机上的成功应用。2数片机的机构及工作原理2.1 什么是数片机数片机是医药与保健品片剂（片剂，胶囊，丸剂）后包装工艺的数粒和灌瓶专用设备。数片机是医药与保健品片剂后包装工艺流程技术含量高和商业价值高的包装机械。数片机的数片速度、数片精度、片型规格、废片剔除、甚至数片硬度等等技术指标以及FDA(美国食品与药品管理局)认证体系保证设计等等确定数片机的商业价值。一套美国、德国、英国或意大利的世界高速智能化电子数片机可以商务报价到上百万元。电子数片罐装线采用先进的PLC可编程控制技术，集数字技术、现代传感技术、微机控制技术、网络技术于一体，实现人机对话界面，操作方便可靠。自动完成理瓶、计数、灌装、输瓶等工序，广泛适用于医药、化工、食品行业的药片、丸、粒、软硬胶囊及特形片的灌装。本项目电子数片机分单通道、双通道、多通道几种。每个通道一般由8组光电关开组成，每罐装一瓶药品由一个通道完成。因此为提高产量，可将机器开发成单头或多头机型，但原理是一致的，都由图1所示几部分组成：电磁震动送料装置、气动关门装置、自动数片系统、集中监控和分拣系统。图1 电子数片机结构示意2.2 送料装置系统自动工作后，首先通过光电判断预装瓶子的位置是否正确。当一切信号无误后，震动送料系统会在接受启动信号后，自行启动。震动系统分为三级：一级为震动排料，二为缓动送料，三级为分通道送料料分装。经过三级调整，以达到落料均匀、数粒准确、适应性强。2.3 自动数片和关门系统当药片下落过程中通过数片光电开关时，自动数片系统会将信号送到分拣系统(PLC)中，然后PLC会根据用户设定的罐装数量来控制气缸的快速动作，实现实时关门，以达到jingque罐装的目的，提高系统的稳定性和jingque性。2.4 集中监控和分拣系统所有数片机的参数和运转情况，都将通过监控系统――台达人机界面来巡检其工作状况。包括气缸动作时间、自动数片系统的正常与否都将一目了然。3 台达机电产品解决方案该系统对PLC的要求极高，要求PCL有100个1ms的定时器，程序及时速度快，扫描周期短，控制稳定等特点，并且要求产品有极高的价格优势。针对这些特点，项目采用了台达的高性能的EH系列可编程控制器(DVP64EH00T)。该控制器具有双通讯口，可以方便编程与监控；同时有100个1ms的定时器（同类产品种独有），可以更准确，快速的测量数片的数量，而且整个PLC的扫描周期非常短，在同等功能的产品中，业界。监控界面采用台达多通讯口的智能人机触控屏幕(DOPA57GSTD)，该产品以其强大的通讯功能，更深深的赢得了客户，自由通讯口强大的宏指令功能，解决了该行业的难题。通过该功能无论药片的大小还是厚薄，只要通过人机界面进行一次光源校正，系统将会自动记录，并将优的参数自动存放在屏幕中。核心控制系统采用了台达整套产品后，数片机在整体性价比方面，优于欧美产品，胜于日系同等品牌。4 结束语当前国产制药工业在开放兼容的宏观环境下得以和世界并驾齐驱。电子数片机作为医药后包装的关键核心技术装备，已经初步的满足国内制药行业重大技术装备基本要求。但是比较发达国家的先进装备特别是技术认证体系要求，电子数片机技术还有太多的核心技术与体系兼容需要创新发展，才能够在开放兼容的世界制药装备制造业谋得商业上的强势地位。1 引言成型机专用机械手在市场上按照驱动类型主要分为两种类型：一种是气动元件驱动比较单纯的作低速点对点的运动控制的低端的机械手；另一种就是需要采用高性能伺服系统作为驱动元件的高速jingque定位高性能机械手。本文论述的是第二种机电伺服控制机械手，机械手基于台达伺服系统技术。伺服系统在机械手上的应用有很多与一般伺服应用场合的不同之处，比较客户使用的是某日系系列伺服系统，台达伺服通过合理的设计能够达到更高的性能指标，同时又能降低客户的成本，提高其产品的性价比。2 台达伺服系统应用设计2.1工艺要求机械手的工艺要求伺服在带动机头作定位运行的过程中运行要平稳滑顺，伺服的运行速度将决定机械手的工作效率是否能够满足客户的应用要求，在高速定位的时伺服电机不能出现过冲，震荡以及整定时间过长。以上的要求全都是在负载惯量比接近70的条件下实现的。高性能伺服系统作为驱动元件的高速jingque定位高性能成型机械手参见图1。图1 高精度伺服控制成型机械手2.2 伺服系统本项目机械手是单轴结构的机械手，基本的硬件配置分为控制部分和驱动部分。（1）控制器。控制器由单片机开发而成的手持式控制系统，采用模拟量控制伺服驱动器（2）驱动器。 台达ASD-A0421LA伺服驱动器+ECMA-C3060402ES伺服电机，也就是台达伺服的ASD-A的驱动器驱动和ASD-B的电机的A+B的配置。（3）传动结构。伺服与负载之间的传动结构是采用5：1减速机和T型齿型钢丝PU皮带传动。（4）系统框图。伺服控制系统框图设计参见图2。图2 伺服控制系统框图3 伺服运动稳定性调试调试首先使用台达调试软件估测出负载惯量比为68.6，在这样的惯量情况下要实现伺服的高速响应，必须要提高伺服增益以保证伺服的控制机能，但是在将增益调整到一定的高度以后就必然会出现机械共振，至于通过FFT软件抓取了机械共振点在189 Hz 的频率附近，所以，设定了陷波滤波器的频率为189Hz和衰减率为4db以后,可以将伺服的速度控制增益调高到5000rad/s以上。但是在这样的增益下，电机运行特性仍然很不好，电机在定位时出现反复震荡，不能快速定位，只能继续拉高速度控制增益，但是在增大速度控制增益的时候，由于电流饱和而使电机又出现了震动，在这样的情况下只能将共振低通滤波和外部干扰抵抗增益降低。这样就把速度控制增益提高到7000rad/s以上。伺服可以快速而准确的定位，不再反复震荡。图3、图4两条曲线是由ASD-A伺服调试软件抓取得实时曲线，在这样的运行情况，伺服的运行并不平稳，伺服的运行情况是，在加速时电机会出现高速加速，伺服以1600rpm速度运行，在运行到中间时伺服会出现一个明显加速过程，伺服的运行速度在1000rpm左右，这样的运行情况是无法满足客户的要求的。图3 控制器速度命令曲线1图4 电机运行速度曲线1通过观察两条曲线（控制器速度命令曲线1和电机运行速度曲线1）可以发现，伺服电机几乎是完全按照上位机速度运行命令在运动的，可是，为什么会出现这种加减速过程呢？通过与其他工程师沟通和共同研究，发现由于负载惯量过大，造成伺服速度响应不够快，使得速度误差过大，所以伺服在不断的针对速度误差进行积分整定，而该机械手控制器在作位置控制的时候接受伺服编码器信号作积分整定的积分环节时，控制器在采集到伺服编码型号以后对位置误差的积分整定非常缓慢从而造成命令处理速度过慢，而使速度命令出现波动也同时使伺服电机运行不平稳滑顺。针对这种现象将伺服的速度积分补偿调至0,使伺服驱动器对于速度误差不进行积分整定，而使得电机运行平稳，同时由于上位机作位置控制，使得伺服电机定位并没有明显的影响。降低速度积分补偿参数以后发现曲线明显变化，电机运行也相对平滑多了，图5这是用伺服示波器抓取的波形。限于篇幅略写伺服相关参数列表。图5 控制命令与电机速度曲线24 结束语台达ASD-A伺服运行效果，在极限测试时可以完全超过日系某伺服系统的运行效果，高速度可以达到2800rpm，定位的整定时间在80ms以内。整个1800mm行程内从启动加速到中间平稳运行到快速定位，整个过程及机头保持高速而又运动平稳，伺服电机运行稳定滑顺。