1. 引言
當前隨著制藥企業“GMP”新標準認證制度的實施，為制藥企業對制藥裝備提出了更高的目標和要求。同樣為制藥裝備廠家提供了前所未有的發展機遇和市場空間，但是傳統的制藥機械機械結構已經和控制方案存在控制精度差、設備故障率高等問題，這明顯已經不能滿足現有的制藥行業發展的需求。新一代的基于伺服裝置控制的制藥機械將可以提供更高精度的，更高自動化程度的制程工藝，以滿足市場新的要求。
本文基于臺達A2伺服獨有的電子凸輪功能配合全新pr運動控制模式，針對藥品水針劑生產灌裝生產線高精度同步灌裝工藝工程，實現了一套高性價比的主從多軸伺服同步控制方案。
2 機械設計和工藝要求
2.1 機械結構設計
灌裝同步生產線，主要分為送瓶軸拖鏈、水平跟蹤軸和垂直跟蹤軸3部分構成，如圖1所示。
早期藥機同步灌裝，送瓶軸拖鏈、水平跟蹤軸和垂直跟蹤軸3部分動力來源均為送瓶拖鏈電機輸出。多是以機械凸輪通過多級機械傳動，帶動兩個實體凸輪機構來實現同步。實體的凸輪加工需要高精密的CNC加工中心才能生產，生產成本較高，而且調試和安裝起來非常麻煩，并且隨著使用時間增加，機械的磨損會影響到同步灌裝的精度，后期維護費用很高，產品換型困難。
臺達A2系列伺服電子凸輪功能就是針對上述問題而開發的智能型伺服系統。
伺服灌裝同步生產線，仍然分為送瓶軸拖鏈、水平跟蹤軸和垂直跟蹤軸3部分構成，只是在機械結構上，摒棄了傳統的機械凸輪連接，取而代之的是兩顆高精度伺服系統，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?？刂萍軜嬋鐖D2所示。
其詳細機械數據如下：
主編碼器分辨率為2000p/r，凸輪一周，編碼器旋轉2圈，采集脈沖數量16000ppr，5v差動信號。
主電機由變頻器控制工作頻率在0~50hz。
X/Y滑臺絲桿的螺距為10mm，X/Y伺服編碼器分辨率通過電子齒輪比功能設定為100000ppu。
X軸同步的區域長度為A~B=240mm。Y軸插入的距離為40mm。
2.2 工藝要求
A、精度要求：
（1）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。
（3）不論主動軸變頻器速度在0~50HZ內任意變換，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低速運行時，也能保證好的同步效果。
B、同步灌裝動作要求：
?。?）X軸水平軸跟蹤伺服，驅動灌裝噴嘴前后運動。灌裝過程分為同步區間和高速返回區間。其中同步區間速度和送料拖鏈速度保持一致。在同步區域內，Y軸才可以插針到瓶內。同步區結束后X軸高速返回到原點，等待插入下一組藥瓶。
（2）Y軸垂直軸提升伺服，驅動灌裝噴嘴上下運動，灌裝過程分為快速插入和慢速返回區間?？焖俨迦霑r的距離為40mm。并要求在瓶底停留一段時間。然后慢速提升，提升速度和灌裝系統流量相關，任何情況下不允許針管接觸到灌裝液面。
（3）在灌裝過程時，不論在快速插入瓶口和返回區間Y軸始終和主動軸的編碼器命令同步對應，同樣伺服馬達的速度和藥瓶的輸送速度保持一致，即為同步灌裝要點！
3 臺達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。
臺達A2系列高解析智能伺服是臺達電子憑借多年的伺服研發經驗于2009年推出的新一代的伺服系統，其設計引入了歐系高端伺服智能化的理念和控制架構。大幅提升了產品的性能和應用價值，產品主要特點如下：
?。?）20bit高解析編碼器，可以提供1280000ppr的更高定位精度。
?。?）內含64組PR運動路徑編輯功能，電子凸輪功能。無需高階控制系統，就可實現復雜的運動控制和凸輪同步功能，
（3）內含伺服By-pass功能，可以實現命令信號逐級傳遞不衰減，輕松構造一主多從的控制架構。
?。?）高響應和共振抑制可以滿足各類機械環境。
3.2 方案實施
綜合上述的分析，但A2智能伺服就完全可以實現的同步灌裝運動控制要求。以下將針對同步灌裝的主要工藝要求對方案可行性逐一進行分析。
3.2.1動作分析與PR路徑規劃
同步灌裝動作流程如圖3所示：
圖3 同步灌裝動作流程
下面以X水平跟蹤伺服為例說明，動作要求如下和PR路徑規劃如下：
A. X軸回歸機械原點
PR#00 回機械原點。開機X軸回歸到機械原點。。
PR#01 回到原點,確保伺服因緊急情況脫離后，再次執行時處于X軸原點。
參數設定圖如圖4所示：
CAPTURE 的概念是利用外部的觸發信號DI7，達到瞬間抓取運動軸的位置資料，并存放到資料陣列中，作為后續運動控制使用.
需要特別說明的是，當伺服使用CAPTURE資料抓取功能時，伺服系統將強制關閉原有DI 功能規劃，將DI7強制為CAPTURE。故在CAP功能開啟后，DI7只能使用在CAPTURE，因為這個信號經過硬體特殊處理為高速處理I/O,響應時間為3μ秒
PR#02 寫參數P5-39=0 關閉CAPTURE功能，防止誤動作。
PR#03 寫參數5-38=1 ，只嚙合一次，保證在同步區間不會出現干擾信號。
PR#4 寫參數5-39=0XF021，啟動CAP資料抓取功能 。
C. 電子凸輪功能設置。
等待CAPTURE資料抓取信號，由安裝在主動軸上的接近開關信號，觸發A2伺服Capture和E-CAM功能，來實現電子凸輪嚙合。
PR#5 寫參數5-88=0XF2220，關閉電子凸輪功能。
PR#6 寫參數5-88=0XF2221，開啟電子凸輪功能。
參數規劃如下：
X凸輪控制=1 啟動電子凸輪。
Y凸輪命令來源=2 PULSE命令。
Z凸輪嚙合時機=2 CAPTURE任一點動作。
U凸輪脫離時機=2 主軸抓取脈沖數>5-89設定后脫離。
當伺服DI7 CAPTURE檢測到ON上升沿信號時，凸輪就會嚙合，伺服電機根據A2預先編輯好的凸輪曲線軌跡，按照送瓶伺服主動軸編碼器脈沖指令運動。
當進入到設定同步區輸出同步范圍后，X軸D0CAM-AREA信號ON，控制提升軸伺服Y軸凸輪嚙合。
當伺服抓取數值通過比較等于主軸凸輪脈沖P5-89的值時，伺服馬達立刻脫離電子凸輪，追隨結束。
D. 凸輪分離，伺服電機高速返回。
伺服馬達反轉，高速返回起始原點，等待下一次觸發信號的到來。該階段為伺服自身的PR模式控制，返回時的速度和加減速規劃，由A2伺服的PR模式實現和完成。
PR#15 絕對定位，高速返回到原點
PR#16 跳轉指令，跳回到PR#02。當流程結束，返回到PR#02，等待下一次嚙合信號到來。
對于垂直提升軸Y軸，除返回時，因返回起始原點速度也由凸輪曲線規劃，所以除了沒有PR規劃沒有PR#15，其他情況和水平X跟蹤軸相同，對此不再復述。
使用A2資訊軟體，用戶可以方便的規劃伺服的運動路徑，新型的PR路徑編輯器不但支持跳轉、插斷、疊加等運動邏輯處理，還支持參數讀寫等豐富功能。
3.2.2 電子凸輪曲線規劃
A、水平跟蹤X軸凸輪曲線規劃
對于水平跟蹤X軸而言，主要保證速度上和主動軸編碼器速度追隨，追求的是速度保持主動軸一致。建造凸輪表格和曲線方法如下：
步驟1,選擇軟體
