一、項目簡介1.項目背景介紹隨著疫情發展和藥品行業市場需求，藥品檢測要求越來越高，單純金屬檢測已經不滿足要求，需要加入高精度重量檢測，藥品膠囊檢測，非常重要、高精度、檢測量非常大，于是一個研發高精快速膠囊檢測機勢在必行。2.項目的簡要工藝介紹膠囊稱重分選機工藝介紹，膠囊由輸料通道落下，進料桿撥膠囊進夾輪，夾輪順時針一直旋轉，膠囊到了正下方位置，出料桿下壓膠囊被壓出夾輪，落到稱臺上稱重，下一個膠囊落下前，夾輪把上一個膠囊推出按照重量進行剔除或者保留。圖1：工藝介紹3.項目信息本項目背景是膠囊全檢困擾研發國產膠囊稱重分揀機替代進口膠囊稱重分揀機。項目中主要使用CPU 1511T作為主控制器，ET200SP控制輸入輸出信號，KTP900觸摸屏作為人機交互界面，三臺V90伺服驅動器控制三個軸進行膠囊篩選，TCPU運動控制功能一臺V90主軸運行，其余兩臺V90凸輪同步主軸運行。二、控制系統構成1.系統組成    表1：硬件組成組成數量訂貨號描述CPU  1511T-1 PN16ES75111TK010AB0V2.8KTP900  Basic PN16AV21232JB030AX0ET200SP16ES71556AA010BN0V90  Motor 1FL631FL60322AF211MB1200W單圈juedui值V90  Drive 200V36SL32105FB102UF2200W表2：軟件組成組成數量描述TIA  Portal1V16V-ASSISTANT1V1.06.022.系統結構的硬件配置圖。圖3：網絡結構圖圖4：監視畫面3.多種可選方案的比較。現在方案為1511T配合V90方案，膠囊高速（16萬粒/小時），后期機型升級可以使用S210替代V90速度更快，精度更高,使用新型Simotics S-1FS2系列電機采用不銹鋼外殼，滿足制藥行業特殊需求，代替1FL6電機，S210伺服系統與1500T控制器完美配合，更高動態定位，凸輪同步等運動控制功能。三、控制系統完成的功能圖5：運動結構1.控制系統控制要求是膠囊落下到位進料軸推出膠囊，推進主軸夾輪，主軸轉動90度到稱臺上，出料桿下壓壓下膠囊，膠囊落下落到稱臺，稱重傳感器稱重判斷膠囊重量是否合格，下一周期主軸夾輪前部推出膠囊，下一膠囊被出料桿壓下稱重，膠囊被推出后，有一個篩選繼電器控制篩選閥門，合格進入合格區，不合格進行剔除，一直循環進行，單軸12排機構要求每分鐘2800粒膠囊。圖6：工藝流程由于進料軸和主軸運動非線性關系，出料軸和主軸運動非線性關系，主軸和進料軸、出料軸都需要凸輪機構，機械凸輪加工周期長，適應性差。西門子1500T系列PLC電子凸輪功能給出快捷方便凸輪解決方案，優點在于機械無沖擊，減少振動，減少磨損，更換凸輪曲線時可減少停機時間在凸輪傳動期間，引導軸和跟隨軸將通過同步操作功能進行耦合（通過凸輪進行指定）。1500T與V90配合IRT通訊，高效快速實現運動控制。對于需要同步的主軸、送料軸和出料軸，1500使用工藝軸創建了一個位置軸和兩個同步軸，通過IRT等時同步模式，V90支持Zui快2MS的通訊周期，配合OB91 MC_SERVO同步總線，因子3，6MS 運控周期控制V90，對于振動篩電機采用直接多段速控制，控制簡單明了。1500支持Zui多10個位置軸TO控制對象，支持的juedui同步輕松實現軸同步，定位運動比傳統的脈沖型伺服調速精度和穩定性大大提高，連續運行同步誤差始終穩定小于允許的偏差值，并且不會產生累積偏差。2.凸輪曲線和運動優化難點1：凸輪曲線由實際機械分析變成程序凸輪盤機械運動情況分析，按照時序分析主軸和從軸位置關系，按照機械對應時序，關鍵位置在博圖新建工藝對象-凸輪盤-進行描點，畫出主軸和從軸位置關系，實際運行反復測試實際位置關系和加減速，位置曲線，調整凸輪盤位置達到Zui優。圖7：機械分析凸輪圖8：進料軸曲線圖9：出料軸曲線難點2：設定位置和實際位置曲線不平滑Zui終表現位置控制運動不平緩，運動滯后，無法滿足實際運動控制需要，需要調整電流環，優化速度環，優化位置環。首先進行一鍵自動優化驅動器，匹配合適的慣量比和速度環增益，然后手動測試優化位置環增益。圖10：運動情況典型伺服控制理論圖：圖11：伺服控制框圖電流控制：系統內部根據已知的電機繞組數據等信息自動計算電流環增益。速度控制：手動優化調整速度環增益 p29120 和速度環積分時間 p29121 。位置控制：優化TO工藝對象里面控制回路-增益因子10->25。圖12：優化后運動情況3.運動控制調試系統關鍵是凸輪同步運動控制，PLC1511T控制器控制V90伺服運行凸輪運動，西門子SINAMICS運動控制編程基于guojibiaozhunPLCopen，面向工藝對象（TO）的控制方式，便于工程、調試和維護，簡化了機器制造商和用戶的工作。工藝中的“運動控制”指令進行運動控制編程圖13：PLCopen運動控制指令凸輪同步功能介紹①主軸和從軸工藝對象正確組態②主軸為定位軸③從軸是同步軸④通過“MC_InterpolateCam”對凸輪進行插補⑤凸輪同步程序⑥啟動主軸，從軸直接同步，同步運動進行⑦停止主軸，從軸將停止圖14：MC_CAMIN系統塊主從軸的運動關系是用電子凸輪而不是以前的機械凸輪實現的。優點在于機械無沖擊，減少振動，減少磨損，更換凸輪曲線時可減少停機時間。與之前西門子控制器不同的是，S7-1500T 在使用Cam 曲線之前需要通過MC_InterpolateCam 命令對Cam 曲線進行插補。完成插補后，定義的凸輪插補點和段之間的空隙即可閉合。隨后可通過運動控制命令“MC_CamIn”啟動主軸和從軸之間的凸輪運動操作。圖15：MC_CAMIN引腳參數圖16：凸輪同步坐標系凸輪同步直接同步原理移動運動坐標系到凸輪坐標系同步點，設置“MC_CamIn.SyncProfileReference”= 2 參數時，狀態將直接同步設置在當前主值位置和當前從值位置上。凸輪周期性運行當凸輪正向運行時，同步操作在達到凸輪終點后從起點開始重復。當凸輪負向運行時，同步操作在達到凸輪起點后從終點開始重復。為防止動態值發生步長變化，凸輪起點和終點必須匹配，并且起點和終點的速度必須一致。4.Trace監控位置相應位置圖17：軸位置運動情況四、項目運行系統按照客戶要求2021年4月正式運行，運行穩定幫助客戶全部篩選膠囊，根據兩個月運行情況，沒有無故停機狀況，24小時不間斷運行，用戶對膠囊稱重分選機連續運行，效率很滿意，達到預期目標。圖18：客戶產品現場