西门子6ES7518-4FP00-0AB0技术参数
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**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
介绍了利用台达可编程控制器（PLC）与交流伺服控制器针对FD1500型制袋封切机控制系统项目开发技术。项目人机界面选用台达触摸屏（HMI）提供友好的人机交流接口与合理的控制流程，以实现高效率、高精度的袋料剪切。本文分别就制袋机的工作原理，电气设计，HMI、PLC选型及程序设计等几方面进行阐述，该电气系统的成功开发可以为使用台达HMI、PLC与交流伺服电机相结合的机电一体化控制系统项目开发起到借鉴示教作用。
关键词：制袋机 PLC HMI 伺服电机
1 引言
项目原型基于小型制袋封切机开发外销出口型新机。原制袋宽度为600-1000mm。由于该机型送料胶辊惯量较小，送料电机采用130步进电机经过减速可实现传动，使用单片机进行位置控制。新机型制袋宽度提高到1500mm，送料胶辊惯量大幅增加，考虑到既能满足精度和速度的要求又有较大的瞬间转矩，送料系统改用伺服电机。由于用PLC开发周期较短而且抗干扰性、灵活性好，所以采用PLC+HMI作为控制系统。同时可实现中英文操作画面，满足设备出口的要求。
2 封切机机工艺
2.1 工艺结构
封切机机由机身、上下切刀、变频传动机构、上下送料胶辊、伺服传动机构、放料架、放料直流电机、可调色标检测架、可移动操作箱、电控箱等单元构成，参见图1图片。
2.2 封切机工艺过程
（1）空白定位运行方式：忽略色标信号，送料长度为设置袋长，送料完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，以等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。
（2）色标定位运行方式：送料长度为设置袋长，在此期间的色标信号忽略，继续送出偏差长度的袋料，检测色标信号，定位于色标信号，定位完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。若误检次数达到默认值，则停机并报警。
工作流程如图2所示。
3 FD1500型封切机机电系统设计
3.1 传动系统设计
（1）切刀传动系统。切刀传动系统为交流变频器拖动三相异步电机，由面板电位器调速，PLC控制切刀启动与停止。传动轴上安装2只霍尔开关，分别检测切刀低位和送料/切刀高位。开关1：切刀低位信号，该信号为送料停止信号。若送料时检测到切刀低位信号则表示系统超速，需报警并停机。开关2：收到切刀低位信号后的ON信号为送料信号，是送料电机的启动信号；第二次ON信号为切刀高位信号，是高位停机时的停机信号。
（2）送料传动系统。送料传动部分为交流伺服系统，采用同步带1：2减速传动。动力选用台达中惯量2KW伺服电机。具体型号：驱动器ASD-A2023M，电机ASMT20M250。
(3)控制精度计算。通过以下计算得出单个脉冲对应的送料长度，即为控制精度。
系统要求0.2mm定位精度，现计算得出控制精度为0.0314mm，因机械定位误差不大于0.1mm，所以：定位精度+机械误差=0.1314mm<0.2mm，定位精度满足制袋机系统要求。
（4）高脉冲输出频率计算。用户要求高送料速度为180m/min，由此可计算得出系统所要求的脉冲输出频率，以此为PLC选型的重要依据。
3.2 PLC与HMI选型
（1）输入信号统计。在色标传感器检标时，由于袋料上所印刷的色标不同，故亮通（Light On）、暗通(Dark On)均有可能。无论亮通或是暗通，在检测到色标信号时都需要PLC作出中断响应，所以需要把色标传感器的Light On与Dark On都接入PLC。色标信号：2点；低位信号：1点；高位/送料信号：1点，共4点DI信号。
（2）输出信号统计。脉冲输出（Pulse+Sign）：2点（Y0，Y1）；切刀动作：1点；冲孔动作：1点；蜂鸣器：1点；共5点DO信号。
（3）其它功能。可输出大于系统所要求频率（95541pps）的脉冲；2点外部中断回应。
基于以上考虑，PLC选择DVP-20EH00T。具体功能参数为：200Kpps脉冲输出，8点外部中断回应。同时与HMI通信可使用RS485连接，抗干扰能力优于一般的RS232通信方式。HMI选用台达DOP-A57GSTD高性价比触摸屏，通过图3可见触摸屏操作更为直观方便。大部分操作在HMI上进行，从而可减少外部按钮开关、指示灯的使用，只保留急停按钮等必要设备。
机电一体化封切机电系统原理如图4所示。
3.3 PLC程序设计要点
主体程序使用逻辑顺序控制，除此之外的编程重点如下：
（1）使用浮点运算。为减小计算误差，如袋长脉冲数、偏差脉冲数等重要数据的计算，均使用浮点运算。经过验证，计算误差小于0.001mm。
（2）袋长脉冲送料使用DPLSR可调加减速脉冲输出指令，反复修改并验证启动频率与加减速时间设置的合理性。完成袋长脉冲之后，使能色标检测，以忽略袋料中间部分的色标误检。检测到色标时，响应外部中断，执行中断程序置位M1334以停止CH0脉冲输出。可设置亮通（Light On）中断或是暗通（Dark On）中断。精简中断程序的内容，尽量减少中断对扫描周期的影响。
4 结束语
FD1500型制袋封切机的性能虽已达到初的设计目标(在袋长为1000mm时，制袋速度：60个/分)，但PLC脉冲输出频率尚有较大余量可用。使用标准100mm直径胶辊时，可改变伺服电机电子齿轮比，在保证控制精度的前提下，更进一步加大PLC脉冲输出频率的余量。以上有利因素均为FD1500型制袋机提高加工速度奠定了良好的基础。二次开发时，加大减速比至1：3，将突破伺服负载/电机转子惯量比过大这一限速瓶颈，终提高生产效率。