1 方案简介
本机采用ELAU的PacDrive运动控制系统和全数字伺服电机作为控制系统。直线高速输送药瓶，可以达到500瓶/分钟。灌装针采用往复跟踪方式在药瓶运动的情况下进行灌装以及旋转式加塞、压塞。实现可适用多种规格，并可根据各种瓶子的规格来自动调整灌装的装量、灌针升降的高度和整个系统的生产速度，同时实现无瓶不灌装和无瓶不加塞的等功能。生产数据和产品数据可以长期保留，生产配方数据可以实现无限复制和修改。采用大屏幕真彩触摸屏设计人机交互界面，操作友好，可以实现多级数据安全管理。具备操作向导和误操作锁定功能，防止因误操作而损害机器和操作人员，强化了设备和人员安全保障。同时提供全面的帮助信息，使得用户可以在帮助信息的指导下迅速的排除故障和问题。
2 工艺简介
2.1 机械机构简图
说明：
F1~F12为12个灌装泵电机，V是泵阀转向控制电机，这13台电机均采用ELAU的iSH智能一体式电机（驱动器和电机集成与一起）。结构紧凑，大大节约了机器的安装空间和电气柜的体积。由于采用了标准配线，减少了90%的配线，亦使得配线出错率降低为零，极大的节约了安装和调试时间。
m电机：是网带机电机，负责输送空瓶，由ATV31变频器驱动，采用其自带的Canopen总线与ELAU的C600运动控制器通信，可以实现无级调速给瓶。
M电机：一共5台，其中4台采用ELAU的SH系列伺服电机，1台iSH电机。从左到右分别是：
绞盘电机，负责把网带机上面的空瓶均匀的分配到主齿形输送带上。要求严格跟随主齿形带的位置进行运转，否则会出现挤爆瓶的危险。
跟随电机，负责驱动灌装针左右，跟随主齿形输送带的位置，做跟随同步运动。把灌装针对准玻璃瓶口，从而保证灌装针可以正确的插入瓶口。
上下电机，负责驱动灌装针上下运动，保证灌装针的插入深度。
主电机，负责驱动整个输送齿形带做高速直线运动，齿形带上的齿槽内有玻璃瓶。
分瓶电机（iSH），负责驱动产品出口的选择，做0~100°角摆动。
2.2 工艺说明
设备上电，自检完毕无故障，进行运行操作。网带机启动，玻璃瓶被输送到绞盘电机的螺旋槽内；主机运行起来，主齿形带做匀速运行，同时，绞盘电机跟随主机运转，保持给瓶位置正确。一旦有瓶进入主齿形带，检瓶开关发送信号给灌装机构，一旦空瓶到了灌装机构的跟随位置就开始灌装。
正常运转后，如果检瓶开关检测到一列瓶子中间其中有缺瓶，即瓶子没有连续的到来，而是中间有空位，这时，要把这个信号送到灌装机构，通知处在该位置的那个灌装针电机停止灌装动作，同样也要把这个信号送到加塞结构，在该缺瓶位置不要送塞。这就是所谓的无瓶不灌装和无瓶不加塞功能。否则会出现药物被灌到缺瓶位置上，浪费了药品，也污染了机器，缺瓶位置的瓶塞也会掉落下来，影响整个机器的运转。
检瓶开关在延时1-2秒的情况下仍没有检测到瓶子时，说明已经没有空瓶进来，此时主机和灌装机构会自动的把已经送出的瓶灌装完毕，主机将进入等待状态，直到瓶子来到后主机又开始自动运行。
本机在自动工作方式的时候，能根据各个报警来自动停止机器的运行，当出现异常紧急情况下，也可按下急停按钮来停止机器的运行。
当故障排除后重新启动时，所有电机又可以从原点开始正常运行。
还有手动和点动方式。当在手动工作方式时，当机器出现故障或电机未回到原点时，可在自动条件不满足的条件下运行机器，也可以单独对每一个电机进行操作和调整，同样，急停按钮也能紧急停止机器的运行。
当机器运行在点动工作方式时，按下启动按钮保持后机器开始运行，所有电机根据主电机的速度同步动作，当所有动作执行完一个运行周期后机器可以自动停止运行。
寻零模式下可以实现所有电机的寻找零点位置。采用写编码器的方式进行把当前位置强制为零。
因本机可适用于多种规格的瓶子，每种规格的瓶子只要把参数设定好以后就可以存贮下来，下一次更换规格时，只要把相应规格瓶子的参数调用出来就可以了。
计算产量。
生产速度显示。
各个电机的位置显示。
显示系统报警和条件报警。
3 标准和规范
软件开发平台是标准的windows环境下的EPAS-4软件，编程使用有6种语言，其中包含5种标准的IEC 61131-3语言。
机器制造商要保证系统操作的安全性，可以按照EN292安全标准来设计。
设备在调试和维护的时候能够保证3级认证（EN954-1）。
ELAU 提供了符合以上提到的安全标准的InverterEnable circuit （驱动使能回路）安全技术。本技术细节可以在www.elau.de网站上可以查到。
4 开创性的模块化机器设计
ELAU的模块化机器设计，是基于模块化的电气硬件设计和应用程序软件的设计，极大了方便了机器的开发、使用和维护。基于此概念设计的机器或者生产线，原有的程序不需要改变，却可以根据实际生产的要求，增加或者减少运行电机的数量，从而可以改变生产工艺流程。
4.1 机器模块
本机器划分为以下几个功能组模块：
• 虚轴组模块AlphaModule（虚拟主轴）
• 输送组模块BravoModule（主机电机，绞盘电机，分瓶电机）
• 跟踪组模块CharlyModule（跟随电机，上下电机）
• 灌装组模块DeltaModule（转阀控制电机，灌装泵电机）
4.2 系统配置
| 序号 | 名称 | 说明 | 型号 |
| 1 | 触摸屏 | 10’’真彩显示屏 | XBTGT5330 |
|
2 |
控制器 | 运动，逻辑，HMI可编程控制器 |
PacDrive C600 |
| 3 | IO模块 | 扩展IO点 | STB |
| 4 | 安全继电器 | 保护整个机器 | PILZ |
| 5 | 伺服电机驱动器 | SH电机用 | MC-4 |
| 6 | 伺服电源模块 | iSH电机用 | PS-5 |
| 7 | 电源分配模块 | iSH电机用 | DB-5 |
| 8 | 运动总线 | 高速数据总线 | SERCOS |
|
序号 |
名称 | 所在机器模块组 | 型号 |
| 1 | 虚拟主轴 | AlphaModule |
|
| 2 | 主机 | BravoModule | 伺服电机 |
| 3 | 绞盘 | BravoModule | 伺服电机 |
| 4 | 分流 | BravoModule | 伺服电机 |
| 5 | 跟随 | CharlyModule | 伺服电机 |
| 6 | 上下 | CharlyModule | 伺服电机 |
| 7 | 转阀 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 8 | 灌装#1 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 9 | 灌装#2 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 10 | 灌装#3 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 11 | 灌装#4 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 12 | 灌装#5 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 13 | 灌装#6 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 14 | 灌装#7 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 15 | 灌装#8 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 16 | 灌装#9 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 17 | 灌装#10 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 18 | 灌装#11 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 19 | 灌装#12 | DeltaModule | 伺服电机 |
| 序号 | 名称 | 所在机器模块组 | |
| 1 | 网带机 | 独立控制 | ATV31+三相异步电机 |
4.3 方案示意图
4.4 硬件拓扑图
5 各个电机运动控制设计
5.1 主电机
5.1.1 主电机传动结构图
（跟随虚拟主轴做高速线性运动）
5.2 绞盘电机
5.2.1 传动结构图
5.2.2 运转曲线图
（跟随主机做同步运动）
5.3 分瓶电机
5.3.1 电机传动机构图
5.3.2 运转曲线图
（根据托盘满瓶信号切换出瓶通道，做0~100°摆动）
5.4 跟随电机和上下电机
5.4.1 跟随和上下电机的传动结构图
5.4.2 跟随电机的运动曲线
（首先加速跟上主机速度，然后跟随主机运行，使得灌装针可以同步跟随瓶子运动，最后快速返回起点）
5.4.3 上下电机的运动曲线
（在跟随电机与主机完全同步时候开始往下运动，驱动灌装针插入瓶口，一旦灌装完毕，开始往上运动，驱动灌装针返回起点）
5.5 转阀电机和灌装电机
5.5.1 转阀和灌装电机传动机构图
5.5.2 转阀电机运动曲线
（驱动泵阀上的出入口切换机构在出口和入口之间进行摆动）
5.5.3 灌装电机运动曲线
（驱动灌装泵的活塞机构进行往复运动，同时可以叠加一些回吸动作）
5.6 外编码器
外置编码器：可以作为伺服电机的额外主轴，提供额外的同步精度保证
6 系统数据
6.1 数据流程
6.2 总线数据 • 外部 I/O接口，包括按钮，开关，指示灯，传感器等等；
• Canopen变量，与变频器的通信，可以控制变频器的起停和速度控制；
• Modbus-TCP 与 HMI通信变量，包括数据的显示，修改，命令的发送，报警的显示，帮助信息等等；
• OPC-变量，发送到上位机或者发布到WEB上的信息，包括生产的数据和产品的数据以及机器的运行数据等等；
6.3 数据存储
PacDrive 控制器 C600 提供了32M的 RAM存贮区。另外数据还可以存贮在C600 的128M的CF卡里。
6.4 数据安全
系统程序存贮在控制器的Runtime系统里面，这部分数据不必备份。参数，配方和产品的相关数据可以存贮在PacDrive控制器的RAM区中的掉电存储区里面，系统断电也可以保存数据。
7 专业名词和缩写
以下为本文所提到的名词或者缩写的解释。
| 名词或缩写 | 含义 |
| C600 | ELAU的c600可编程自动控制器 |
| HMI | 人机界面，触摸屏 |
| SH | ELAU的伺服电机型号 |
| iSH | ELAU的智能伺服电机模块 |
| EPAS | Elau编程软件 |
| FW | 固件 |
| IEC-Programm | 机器的软件 |
| MC4 | ELAU的马达驱动器 |
| PacDriveController PDC |
Elau的控制器 |
| PB | Profibus总线 |
| SERCOS-Bus | Sercos总线 |
| Canopen | Canopne总线 |
| SCADA | 数据采集与监控系统 |