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1 方案簡介

         本機(jī)采用ELAU的PacDrive運(yùn)動控制系統(tǒng)和全數(shù)字伺服電機(jī)作為控制系統(tǒng)。直線高速輸送藥瓶，可以達(dá)到500瓶/分鐘。灌裝針采用往復(fù)跟蹤方式在藥瓶運(yùn)動的情況下進(jìn)行灌裝以及旋轉(zhuǎn)式加塞、壓塞。實(shí)現(xiàn)可適用多種規(guī)格，并可根據(jù)各種瓶子的規(guī)格來自動調(diào)整灌裝的裝量、灌針升降的高度和整個系統(tǒng)的生產(chǎn)速度，同時實(shí)現(xiàn)無瓶不灌裝和無瓶不加塞的等功能。生產(chǎn)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)可以長期保留，生產(chǎn)配方數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)無限復(fù)制和修改。采用大屏幕真彩觸摸屏設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，操作友好，可以實(shí)現(xiàn)多級數(shù)據(jù)安全管理。具備操作向?qū)Ш驼`操作鎖定功能，防止因誤操作而損害機(jī)器和操作人員，強(qiáng)化了設(shè)備和人員安全保障。同時提供全面的幫助信息，使得用戶可以在幫助信息的指導(dǎo)下迅速的排除故障和問題。

2 工藝簡介
2.1 機(jī)械機(jī)構(gòu)簡圖

說明：
 F1~F12為12個灌裝泵電機(jī)，V是泵閥轉(zhuǎn)向控制電機(jī)，這13臺電機(jī)均采用ELAU的iSH智能一體式電機(jī)（驅(qū)動器和電機(jī)集成與一起）。結(jié)構(gòu)緊湊，大大節(jié)約了機(jī)器的安裝空間和電氣柜的體積。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)配線，減少了90%的配線，亦使得配線出錯率降低為零，極大的節(jié)約了安裝和調(diào)試時間。
 m電機(jī)：是網(wǎng)帶機(jī)電機(jī)，負(fù)責(zé)輸送空瓶，由ATV31變頻器驅(qū)動，采用其自帶的Canopen總線與ELAU的C600運(yùn)動控制器通信，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速給瓶。
 M電機(jī)：一共5臺，其中4臺采用ELAU的SH系列伺服電機(jī)，1臺iSH電機(jī)。從左到右分別是：
 絞盤電機(jī)，負(fù)責(zé)把網(wǎng)帶機(jī)上面的空瓶均勻的分配到主齒形輸送帶上。要求嚴(yán)格跟隨主齒形帶的位置進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，否則會出現(xiàn)擠爆瓶的危險。
 跟隨電機(jī)，負(fù)責(zé)驅(qū)動灌裝針左右，跟隨主齒形輸送帶的位置，做跟隨同步運(yùn)動。把灌裝針對準(zhǔn)玻璃瓶口，從而保證灌裝針可以正確的插入瓶口。
 上下電機(jī)，負(fù)責(zé)驅(qū)動灌裝針上下運(yùn)動，保證灌裝針的插入深度。
 主電機(jī)，負(fù)責(zé)驅(qū)動整個輸送齒形帶做高速直線運(yùn)動，齒形帶上的齒槽內(nèi)有玻璃瓶。
 分瓶電機(jī)（iSH），負(fù)責(zé)驅(qū)動產(chǎn)品出口的選擇，做0~100°角擺動。

2.2 工藝說明

        設(shè)備上電，自檢完畢無故障，進(jìn)行運(yùn)行操作。網(wǎng)帶機(jī)啟動，玻璃瓶被輸送到絞盤電機(jī)的螺旋槽內(nèi)；主機(jī)運(yùn)行起來，主齒形帶做勻速運(yùn)行，同時，絞盤電機(jī)跟隨主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，保持給瓶位置正確。一旦有瓶進(jìn)入主齒形帶，檢瓶開關(guān)發(fā)送信號給灌裝機(jī)構(gòu)，一旦空瓶到了灌裝機(jī)構(gòu)的跟隨位置就開始灌裝。
        正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，如果檢瓶開關(guān)檢測到一列瓶子中間其中有缺瓶，即瓶子沒有連續(xù)的到來，而是中間有空位，這時，要把這個信號送到灌裝機(jī)構(gòu)，通知處在該位置的那個灌裝針電機(jī)停止灌裝動作，同樣也要把這個信號送到加塞結(jié)構(gòu)，在該缺瓶位置不要送塞。這就是所謂的無瓶不灌裝和無瓶不加塞功能。否則會出現(xiàn)藥物被灌到缺瓶位置上，浪費(fèi)了藥品，也污染了機(jī)器，缺瓶位置的瓶塞也會掉落下來，影響整個機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)。
        檢瓶開關(guān)在延時1-2秒的情況下仍沒有檢測到瓶子時，說明已經(jīng)沒有空瓶進(jìn)來，此時主機(jī)和灌裝機(jī)構(gòu)會自動的把已經(jīng)送出的瓶灌裝完畢，主機(jī)將進(jìn)入等待狀態(tài)，直到瓶子來到后主機(jī)又開始自動運(yùn)行。
        本機(jī)在自動工作方式的時候，能根據(jù)各個報警來自動停止機(jī)器的運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)異常緊急情況下，也可按下急停按鈕來停止機(jī)器的運(yùn)行。
當(dāng)故障排除后重新啟動時，所有電機(jī)又可以從原點(diǎn)開始正常運(yùn)行。
       還有手動和點(diǎn)動方式。當(dāng)在手動工作方式時，當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)故障或電機(jī)未回到原點(diǎn)時，可在自動條件不滿足的條件下運(yùn)行機(jī)器，也可以單獨(dú)對每一個電機(jī)進(jìn)行操作和調(diào)整，同樣，急停按鈕也能緊急停止機(jī)器的運(yùn)行。
當(dāng)機(jī)器運(yùn)行在點(diǎn)動工作方式時，按下啟動按鈕保持后機(jī)器開始運(yùn)行，所有電機(jī)根據(jù)主電機(jī)的速度同步動作，當(dāng)所有動作執(zhí)行完一個運(yùn)行周期后機(jī)器可以自動停止運(yùn)行。
尋零模式下可以實(shí)現(xiàn)所有電機(jī)的尋找零點(diǎn)位置。采用寫編碼器的方式進(jìn)行把當(dāng)前位置強(qiáng)制為零。
        因本機(jī)可適用于多種規(guī)格的瓶子，每種規(guī)格的瓶子只要把參數(shù)設(shè)定好以后就可以存貯下來，下一次更換規(guī)格時，只要把相應(yīng)規(guī)格瓶子的參數(shù)調(diào)用出來就可以了。
計(jì)算產(chǎn)量。
生產(chǎn)速度顯示。
各個電機(jī)的位置顯示。
顯示系統(tǒng)報警和條件報警。

3 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 

        軟件開發(fā)平臺是標(biāo)準(zhǔn)的bbbbbbs環(huán)境下的EPAS-4軟件，編程使用有6種語言，其中包含5種標(biāo)準(zhǔn)的IEC 61131-3語言。
機(jī)器制造商要保證系統(tǒng)操作的安全性，可以按照EN292安全標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)。
設(shè)備在調(diào)試和維護(hù)的時候能夠保證3級認(rèn)證（EN954-1）。
        ELAU 提供了符合以上提到的安全標(biāo)準(zhǔn)的InverterEnable circuit （驅(qū)動使能回路）安全技術(shù)。本技術(shù)細(xì)節(jié)可以在www.elau.de網(wǎng)站上可以查到。

4 開創(chuàng)性的模塊化機(jī)器設(shè)計(jì)
        ELAU的模塊化機(jī)器設(shè)計(jì)，是基于模塊化的電氣硬件設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序軟件的設(shè)計(jì)，極大了方便了機(jī)器的開發(fā)、使用和維護(hù)。基于此概念設(shè)計(jì)的機(jī)器或者生產(chǎn)線，原有的程序不需要改變，卻可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的要求，增加或者減少運(yùn)行電機(jī)的數(shù)量，從而可以改變生產(chǎn)工藝流程。
4.1 機(jī)器模塊
本機(jī)器劃分為以下幾個功能組模塊：
• 虛軸組模塊AlphaModule（虛擬主軸）
• 輸送組模塊BravoModule（主機(jī)電機(jī)，絞盤電機(jī)，分瓶電機(jī)）
• 跟蹤組模塊CharlyModule（跟隨電機(jī)，上下電機(jī)）
• 灌裝組模塊DeltaModule（轉(zhuǎn)閥控制電機(jī)，灌裝泵電機(jī)）

4.2 系統(tǒng)配置

4.3 方案示意圖

4.4 硬件拓?fù)鋱D

5 各個電機(jī)運(yùn)動控制設(shè)計(jì)
5.1 主電機(jī)
5.1.1 主電機(jī)傳動結(jié)構(gòu)圖

5.1.2 運(yùn)動曲線
（跟隨虛擬主軸做高速線性運(yùn)動）

5.2 絞盤電機(jī)
5.2.1 傳動結(jié)構(gòu)圖

5.2.2 運(yùn)轉(zhuǎn)曲線圖
（跟隨主機(jī)做同步運(yùn)動）

5.3 分瓶電機(jī)
5.3.1 電機(jī)傳動機(jī)構(gòu)圖

5.3.2 運(yùn)轉(zhuǎn)曲線圖
（根據(jù)托盤滿瓶信號切換出瓶通道，做0~100°擺動）

5.4 跟隨電機(jī)和上下電機(jī)
5.4.1 跟隨和上下電機(jī)的傳動結(jié)構(gòu)圖

5.4.2 跟隨電機(jī)的運(yùn)動曲線
（首先加速跟上主機(jī)速度，然后跟隨主機(jī)運(yùn)行，使得灌裝針可以同步跟隨瓶子運(yùn)動，最后快速返回起點(diǎn)）

5.4.3 上下電機(jī)的運(yùn)動曲線
（在跟隨電機(jī)與主機(jī)完全同步時候開始往下運(yùn)動，驅(qū)動灌裝針插入瓶口，一旦灌裝完畢，開始往上運(yùn)動，驅(qū)動灌裝針返回起點(diǎn)）

5.5 轉(zhuǎn)閥電機(jī)和灌裝電機(jī)
5.5.1 轉(zhuǎn)閥和灌裝電機(jī)傳動機(jī)構(gòu)圖

5.5.2 轉(zhuǎn)閥電機(jī)運(yùn)動曲線
（驅(qū)動泵閥上的出入口切換機(jī)構(gòu)在出口和入口之間進(jìn)行擺動）

5.5.3 灌裝電機(jī)運(yùn)動曲線
（驅(qū)動灌裝泵的活塞機(jī)構(gòu)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，同時可以疊加一些回吸動作）

5.6 外編碼器

外置編碼器：可以作為伺服電機(jī)的額外主軸，提供額外的同步精度保證

6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)
6.1 數(shù)據(jù)流程

6.2 總線數(shù)據(jù)

• 外部 I/O接口，包括按鈕，開關(guān)，指示燈，傳感器等等；
• Canopen變量，與變頻器的通信，可以控制變頻器的起停和速度控制；
• Modbus-TCP 與 HMI通信變量，包括數(shù)據(jù)的顯示，修改，命令的發(fā)送，報警的顯示，幫助信息等等；
• OPC-變量，發(fā)送到上位機(jī)或者發(fā)布到WEB上的信息，包括生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的數(shù)據(jù)以及機(jī)器的運(yùn)行數(shù)據(jù)等等；


6.3 數(shù)據(jù)存儲

PacDrive 控制器 C600 提供了32M的 RAM存貯區(qū)。另外數(shù)據(jù)還可以存貯在C600 的128M的CF卡里。

6.4 數(shù)據(jù)安全
       系統(tǒng)程序存貯在控制器的Runtime系統(tǒng)里面，這部分?jǐn)?shù)據(jù)不必備份。參數(shù)，配方和產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)可以存貯在PacDrive控制器的RAM區(qū)中的掉電存儲區(qū)里面，系統(tǒng)斷電也可以保存數(shù)據(jù)。

7 專業(yè)名詞和縮寫

以下為本文所提到的名詞或者縮寫的解釋。

名詞或縮寫	含義
C600	ELAU的c600可編程自動控制器
HMI	人機(jī)界面，觸摸屏
SH	ELAU的伺服電機(jī)型號
iSH	ELAU的智能伺服電機(jī)模塊
EPAS	Elau編程軟件
FW	固件
IEC-Programm	機(jī)器的軟件
MC4	ELAU的馬達(dá)驅(qū)動器
PacDriveController PDC	Elau的控制器
PB	Profibus總線
SERCOS-Bus	Sercos總線
Canopen	Canopne總線
SCADA	數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)