臺(tái)達(dá)A2系列伺服在精密藥液灌裝生產(chǎn)線上應(yīng)用

2 機(jī)械設(shè)計(jì)和工藝要求

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　灌裝同步生產(chǎn)線，主要分為送瓶軸拖鏈、水平跟蹤軸和垂直跟蹤軸3部分構(gòu)成，如圖1所示。

　　早期藥機(jī)同步灌裝，送瓶軸拖鏈、水平跟蹤軸和垂直跟蹤軸3部分動(dòng)力來源均為送瓶拖鏈電機(jī)輸出。多是以機(jī)械凸輪通過多級(jí)機(jī)械傳動(dòng)，帶動(dòng)兩個(gè)實(shí)體凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)同步。實(shí)體的凸輪加工需要高精密的CNC加工中心才能生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較高，而且調(diào)試和安裝起來非常麻煩，并且隨著使用時(shí)間增加，機(jī)械的磨損會(huì)影響到同步灌裝的精度，后期維護(hù)費(fèi)用很高，產(chǎn)品換型困難。

　　臺(tái)達(dá)A2系列伺服電子凸輪功能就是針對(duì)上述問題而開發(fā)的智能型伺服系統(tǒng)。

　　伺服灌裝同步生產(chǎn)線，仍然分為送瓶軸拖鏈、水平跟蹤軸和垂直跟蹤軸3部分構(gòu)成，只是在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪連接，取而代之的是兩顆高精度伺服系統(tǒng)，通過精密絲桿分別控制水平跟蹤軸（X軸）和垂直跟蹤軸（Y軸）的位移。其伺服系統(tǒng)的命令來源均為安裝在送瓶拖鏈上的高解析度編碼器提供。控制架構(gòu)如圖2所示。

其詳細(xì)機(jī)械數(shù)據(jù)如下：

? 主編碼器分辨率為2000p/r，凸輪一周，編碼器旋轉(zhuǎn)2圈，采集脈沖數(shù)量16000ppr，5v差動(dòng)信號(hào)。
? 主電機(jī)由變頻器控制工作頻率在0~50hz。
? X/Y滑臺(tái)絲桿的螺距為10mm，X/Y伺服編碼器分辨率通過電子齒輪比功能設(shè)定為100000ppu。
? X軸同步的區(qū)域長度為A~B=240mm。Y軸插入的距離為40mm。

2.2 工藝要求

A、精度要求：
　?。?）灌裝噴嘴直徑為2mm，藥瓶口直徑為6.5mm，無論何種速度。噴嘴和瓶口不能接觸
　?。?）要求伺服在同一灌裝速度下，定位精度在0.5mm內(nèi)。
　?。?）不論主動(dòng)軸變頻器速度在0~50HZ內(nèi)任意變換，伺服的加減速都可以保證完全同步，偏移量不得大于1mm。
　?。?）伺服可以在變頻器10HZ低速運(yùn)行時(shí)，也能保證好的同步效果。

B、同步灌裝動(dòng)作要求：

　?。?）X軸水平軸跟蹤伺服，驅(qū)動(dòng)灌裝噴嘴前后運(yùn)動(dòng)。灌裝過程分為同步區(qū)間和高速返回區(qū)間。其中同步區(qū)間速度和送料拖鏈速度保持一致。在同步區(qū)域內(nèi)，Y軸才可以插針到瓶內(nèi)。同步區(qū)結(jié)束后X軸高速返回到原點(diǎn)，等待插入下一組藥瓶。

? （2）Y軸垂直軸提升伺服，驅(qū)動(dòng)灌裝噴嘴上下運(yùn)動(dòng)，灌裝過程分為快速插入和慢速返回區(qū)間。快速插入時(shí)的距離為40mm。并要求在瓶底停留一段時(shí)間。然后慢速提升，提升速度和灌裝系統(tǒng)流量相關(guān)，任何情況下不允許針管接觸到灌裝液面。

? （3）在灌裝過程時(shí)，不論在快速插入瓶口和返回區(qū)間Y軸始終和主動(dòng)軸的編碼器命令同步對(duì)應(yīng)，同樣伺服馬達(dá)的速度和藥瓶的輸送速度保持一致，即為同步灌裝要點(diǎn)！

3  臺(tái)達(dá)高精度灌裝控制方案

3.1 方案配置

本方案配置ASD-A2- 0421－－B 控制器2臺(tái)。

　　臺(tái)達(dá)A2系列高解析智能伺服是臺(tái)達(dá)電子憑借多年的伺服研發(fā)經(jīng)驗(yàn)于2009年推出的新一代的伺服系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)引入了歐系高端伺服智能化的理念和控制架構(gòu)。大幅提升了產(chǎn)品的性能和應(yīng)用價(jià)值，產(chǎn)品主要特點(diǎn)如下：

　　（1）20bit高解析編碼器，可以提供1280000ppr的更高定位精度。
　?。?）內(nèi)含64組PR運(yùn)動(dòng)路徑編輯功能，電子凸輪功能。無需高階控制系統(tǒng)，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制和凸輪同步功能，
　?。?）內(nèi)含伺服By-pass功能，可以實(shí)現(xiàn)命令信號(hào)逐級(jí)傳遞不衰減，輕松構(gòu)造一主多從的控制架構(gòu)。
　?。?）高響應(yīng)和共振抑制可以滿足各類機(jī)械環(huán)境。

3.2 方案實(shí)施

　　綜合上述的分析，但A2智能伺服就完全可以實(shí)現(xiàn)的同步灌裝運(yùn)動(dòng)控制要求。以下將針對(duì)同步灌裝的主要工藝要求對(duì)方案可行性逐一進(jìn)行分析。

3.2.1動(dòng)作分析與PR路徑規(guī)劃

同步灌裝動(dòng)作流程如圖3所示：

下面以X水平跟蹤伺服為例說明，動(dòng)作要求如下和PR路徑規(guī)劃如下：
A. X軸回歸機(jī)械原點(diǎn)

? PR#00 回機(jī)械原點(diǎn)。開機(jī)X軸回歸到機(jī)械原點(diǎn)。。
? PR#01 回到原點(diǎn),確保伺服因緊急情況脫離后，再次執(zhí)行時(shí)處于X軸原點(diǎn)。
參數(shù)設(shè)定圖如圖4所示：