摘 要：在論述螺桿分裝工藝的基礎(chǔ)上,，給出基于臺達(dá)" title="臺達(dá)">臺達(dá)機(jī)電一體化技術(shù)平臺的分裝伺服定　　量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。項(xiàng)目實(shí)際分裝速度超過設(shè)計(jì)要求。

　　關(guān)鍵詞：螺桿分裝機(jī) EH2 PLC ASDA伺服器" title="伺服器">伺服器 B系列觸摸屏

1 引言

　　廣泛應(yīng)用于靜脈與肌肉注射的粉針是醫(yī)學(xué)臨床最常用的醫(yī)藥制劑。粉針分裝的工藝目的是實(shí)現(xiàn)粉劑原料藥定量安瓶包裝。粉針分裝主流技術(shù)分為氣流分裝與螺桿分裝,。由于螺桿分裝結(jié)構(gòu)簡單和技術(shù)成熟度較高，所以盡管分裝精度和速度低于氣流分裝,，還是成為中國藥企業(yè)當(dāng)前的主流粉劑包裝設(shè)備,。

　　螺桿分裝機(jī)屬于容積式包裝類別。通過轉(zhuǎn)動角度精確控制的螺桿間歇旋轉(zhuǎn),，按計(jì)量要求將藥物定量裝入西林瓶,，快速性和準(zhǔn)確性是設(shè)備的兩個(gè)基本要求?？s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,，動態(tài)響應(yīng)要快,，現(xiàn)在的設(shè)備分裝速度已達(dá)到300瓶/分。增加設(shè)備上螺桿的數(shù)量,，可以同時(shí)對幾只藥瓶進(jìn)行灌裝,，也是提高設(shè)備快速性的有效手段，目前國產(chǎn)分裝機(jī)上可以見到一頭,、二頭,、四頭的配置。

2 分裝機(jī)工藝原理

2.1 螺桿分裝電控技術(shù)

　　機(jī)電伺服系統(tǒng)是控制螺桿分裝系統(tǒng)包裝精度最基本的技術(shù),。電控系統(tǒng)在螺桿分裝機(jī)具有決定性的重要作用,。螺桿分裝系統(tǒng)第一代為螺桿裝量由步進(jìn)電機(jī)" title="步進(jìn)電機(jī)">步進(jìn)電機(jī)與集成電路控制的技術(shù),；第二代為螺桿裝量由步迸電機(jī)與PLC控制的技術(shù),；第三代為近期的螺桿裝量由伺服電機(jī)" title="伺服電機(jī)">伺服電機(jī)與PLC控制的技術(shù)，改善了第二代分裝螺桿的精度穩(wěn)定性和定量調(diào)整能力,。

2.2 螺桿分裝定量原理

　　間歇式螺桿分裝機(jī)是通過伺服電機(jī)驅(qū)動螺桿,，將藥品“擠出”攪拌容器，灌裝于藥瓶內(nèi),。由于劑量需要準(zhǔn)確的控制,，因此要求伺服電機(jī)每次分裝時(shí)轉(zhuǎn)同樣的圈數(shù)。具體的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)則是由操作者由手動方式試驗(yàn)出來的,，因此,，程序不僅要能夠提供可以讓操作者更改的裝藥量，還要提供手動操作裝藥量的操作方式,。當(dāng)一個(gè)藥瓶需要被添裝時(shí),，定位汽缸會驅(qū)動一個(gè)定位器" title="定位器">定位器將被添裝藥瓶卡在攪拌機(jī)的出口下,，這時(shí)傳動帶雖然繼續(xù)運(yùn)動，但由于藥瓶被定位其卡緊,，所以藥瓶將不隨傳動帶運(yùn)動,，直到添裝完畢，定位器松開,，藥瓶才會繼續(xù)跟隨傳送帶運(yùn)動,，直到進(jìn)入扣塞機(jī)構(gòu)。圖1是間歇式螺桿分裝機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,。

圖1 螺桿分裝結(jié)構(gòu)

　　螺桿分裝是利用螺桿螺旋槽的容腔來計(jì)量物料,。由于每個(gè)螺距都有一定的理論容積，因此,，只要準(zhǔn)確地控制螺桿的轉(zhuǎn)數(shù),，就能獲得較為精確的計(jì)量值。每次充填物料的重量可由式(1)求出,。

G=Vrn0 (1)

　　式中：V為圈螺旋的容積,，cm3，V=FL,；r為物料的比重,，kg／cm3；n0為充填一次螺桿的轉(zhuǎn)數(shù),；L為每圈螺線旋周長,，cm，L=πDm/cosθ,；F為螺旋截面積,，cm2，F(xiàn)=st/2,。

3 臺達(dá)螺桿分裝解決方案

3.1 伺服與步進(jìn)

　　其螺桿分裝機(jī)構(gòu)原來通常使用步進(jìn)電機(jī)作為其驅(qū)動設(shè)備,，在實(shí)際使用的過程中，步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)特性往往達(dá)不到使用要求,，使得整個(gè)設(shè)備的效率不高,；而且由于頻繁的對電機(jī)進(jìn)行高速的啟動和停止，也使得步進(jìn)電機(jī)的故障率比較高,。為了避免故障的頻繁發(fā)生和提高整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行速度" title="運(yùn)行速度">運(yùn)行速度,，此設(shè)備使用了臺達(dá)的ASDA –AB系列伺服器和伺服電機(jī)替代通常使用的步進(jìn)電機(jī)。并使用了EH2系列PLC用高速脈沖的方式對伺服器進(jìn)行控制,，用以解決高速,、定量添裝的問題。

3.2 分裝控制方案

　　螺桿轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)與角度是依托伺服電機(jī)實(shí)施的(即伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度),，電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和轉(zhuǎn)角是由電機(jī)驅(qū)動器輸出的脈沖信號所決定的,，驅(qū)動器輸出由PLC進(jìn)行控制,，而PLC是依據(jù)人工設(shè)定的裝量進(jìn)行控制的。通過觸摸屏的友好人機(jī)界面(HMI)的參數(shù)設(shè)定(主要有分裝量設(shè)定,、分裝量調(diào)整,，速度設(shè)定等)，把指令傳送到PLC中,，就可以控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行,。

　　由以上分析可以看出，裝入藥劑量的多少要通過伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)來決定,；分裝機(jī)運(yùn)行速度的快慢,，除了與添裝速度有關(guān)外，還與傳送帶的運(yùn)行速度有關(guān),；以上2個(gè)工藝運(yùn)動參數(shù)的控制,，連同對藥瓶到位的檢測和定位機(jī)構(gòu)的動作，都是通過PLC來實(shí)現(xiàn)的,，除此之外,，還需要一個(gè)人機(jī)對話的工具，此設(shè)備中選用了臺達(dá)B系列的觸摸屏,，具體運(yùn)動控制系統(tǒng)配置如圖2所示,。

圖2 臺達(dá)伺服運(yùn)動控制配置

3.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

　　控制方式分為手動調(diào)試和自動運(yùn)行2個(gè)界面，分別如圖3,、圖4所示,。根據(jù)分裝定量工藝設(shè)定與填料（及與伺服相關(guān)的）有關(guān)的參數(shù)，為了防止有的藥瓶瓶口不朝上（添裝時(shí)藥劑會落在傳送帶上）,，還需要有“倒瓶時(shí)間”的設(shè)定,，以防止意外情況的發(fā)生。

圖3 自動操作畫面

圖4手動操作畫面

　　手動操作的界面只是將各種操作的按鈕都進(jìn)行了配置,，唯一值得注意的是伺服器的運(yùn)行方式,，由于手動調(diào)整的需要，操作者通常希望伺服器能運(yùn)行一定裝藥量后暫時(shí)停一下,，然后再運(yùn)行同樣的裝藥量,，這樣更便于操作與觀察，這就需要使用脈沖標(biāo)志位對伺服電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,，基于臺達(dá)DVPEH2的PLC程序如下所示：

4 結(jié)束語

基于伺服技術(shù)的螺桿分裝設(shè)備控制系統(tǒng)使用了全套的臺達(dá)產(chǎn)品，具有非常好的兼容性,，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn),，裝瓶速度達(dá)到了125瓶/分鐘，超過了用戶原來要求的120瓶/分鐘的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),。