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粉针螺杆分装机的分装伺服定量控制系统设计
作者:中达电通股份有限公司
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灌装机/粉剂包装机械展厅
液体自动包装机, 灌装机, 旋盖机, 吨袋包装机, 颗粒自动包装机, ...
摘 要:在论述螺杆分装工艺的基础上,给出基于台达机电一体化技术平台的分装伺服定量控制系统设计。项目实际分装速度超过设计要求。
关键词:螺杆分装机 EH2 PLC ASDA伺服器 B系列触摸屏

1 引言

广泛应用于静脉与肌肉注射的粉针是医学临床最常用的医药制剂。粉针分装的工艺目的是实现粉剂原料药定量安瓶包装。粉针分装主流技术分为气流分装与螺杆分装。由于螺杆分装结构简单和技术成熟度较高,所以尽管分装精度和速度低于气流分装,还是成为中国药企业当前的主流粉剂包装设备。

螺杆分装机属于容积式包装类别。通过转动角度精确控制的螺杆间歇旋转,按计量要求将药物定量装入西林瓶,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。

2 分装机工艺原理

2.1 螺杆分装电控技术

机电伺服系统是控制螺杆分装系统包装精度最基本的技术。电控系统在螺杆分装机具有决定性的重要作用。螺杆分装系统第一代为螺杆装量由步进电机与集成电路控制的技术;第二代为螺杆装量由步迸电机与PLC控制的技术;第三代为近期的螺杆装量由伺服电机与PLC控制的技术,改善了第二代分装螺杆的精度稳定性和定量调整能力。

2.2 螺杆分装定量原理

间歇式螺杆分装机是通过伺服电机驱动螺杆,将药品“挤出”搅拌容器,灌装于药瓶内。由于剂量需要准确的控制,因此要求伺服电机每次分装时转同样的圈数。具体的旋转圈数则是由操作者由手动方式试验出来的,因此,程序不仅要能够提供可以让操作者更改的装药量,还要提供手动操作装药量的操作方式。当一个药瓶需要被添装时,定位汽缸会驱动一个定位器将被添装药瓶卡在搅拌机的出口下,这时传动带虽然继续运动,但由于药瓶被定位其卡紧,所以药瓶将不随传动带运动,直到添装完毕,定位器松开,药瓶才会继续跟随传送带运动,直到进入扣塞机构。图1是间歇式螺杆分装机的结构示意图。

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图1 螺杆分装结构

螺杆分装是利用螺杆螺旋槽的容腔来计量物料。由于每个螺距都有一定的理论容积,因此,只要准确地控制螺杆的转数,就能获得较为精确的计量值。每次充填物料的重量可由式(1)求出。

G=Vrn0 (1)

式中:V为圈螺旋的容积,cm3,V=FL;r为物料的比重,kg/cm3;n0为充填一次螺杆的转数;L为每圈螺线旋周长,cm,L=πDm/cosθ;F为螺旋截面积,cm2,F=st/2。

3 台达螺杆分装解决方案

3.1 伺服与步进

其螺杆分装机构原来通常使用步进电机作为其驱动设备,在实际使用的过程中,步进电机的响应特性往往达不到使用要求,使得整个设备的效率不高;而且由于频繁的对电机进行高速的启动和停止,也使得步进电机的故障率比较高。为了避免故障的频繁发生和提高整个设备的运行速度,此设备使用了台达的ASDA –AB系列伺服器和伺服电机替代通常使用的步进电机。并使用了EH2系列PLC用高速脉冲的方式对伺服器进行控制,用以解决高速、定量添装的问题。

3.2 分装控制方案

螺杆转动的转数与角度是依托伺服电机实施的(即伺服电机转动的角度),电机转动的速度和转角是由电机驱动器输出的脉冲信号所决定的,驱动器输出由PLC进行控制,而PLC是依据人工设定的装量进行控制的。通过触摸屏的友好人机界面(HMI)的参数设定(主要有分装量设定、分装量调整,速度设定等),把指令传送到PLC中,就可以控制整个系统的运行。

由以上分析可以看出,装入药剂量的多少要通过伺服电机的旋转圈数来决定;分装机运行速度的快慢,除了与添装速度有关外,还与传送带的运行速度有关;以上2个工艺运动参数的控制,连同对药瓶到位的检测和定位机构的动作,都是通过PLC来实现的,除此之外,还需要一个人机对话的工具,此设备中选用了台达B系列的触摸屏,具体运动控制系统配置如图2所示。

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图2 台达伺服运动控制配置

3.3 人机界面设计

控制方式分为手动调试和自动运行2个界面,分别如图3、图4所示。根据分装定量工艺设定与填料(及与伺服相关的)有关的参数,为了防止有的药瓶瓶口不朝上(添装时药剂会落在传送带上),还需要有“倒瓶时间”的设定,以防止意外情况的发生。

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图3 自动操作画面

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图4 手动操作画面

手动操作的界面只是将各种操作的按钮都进行了配置,唯一值得注意的是伺服器的运行方式,由于手动调整的需要,操作者通常希望伺服器能运行一定装药量后暂时停一下,然后再运行同样的装药量,这样更便于操作与观察,这就需要使用脉冲标志位对伺服电机状态进行监控,基于台达DVPEH2的PLC程序如下所示:

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4 结束语

基于伺服技术的螺杆分装设备控制系统使用了全套的台达产品,具有非常好的兼容性,设备运行平稳,装瓶速度达到了125瓶/分钟,超过了用户原来要求的120瓶/分钟的设计标准。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/18/2010)
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