主要有三種應(yīng)用方案，第一種為單軸伺服驅(qū)動(dòng)方案，此方案主要針對(duì)于吹瓶機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)，灌裝機(jī)和旋蓋機(jī)兩個(gè)一起由一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)運(yùn)，伺服跟隨吹瓶機(jī)單圈絕對(duì)值編碼器同步運(yùn)行。第二種為雙軸伺服驅(qū)動(dòng)方案，此方案和第一種相同，只是USADED-22YRS11將灌裝機(jī)和旋蓋機(jī)分別各用一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。第三種為全伺服解決方案，本文將以此案例進(jìn)行分析，前兩種方案采用Lenze基于驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)解決方案，后者則采用Lenze基于控制器的系統(tǒng)解決方案。此方案為集中式控制方案，所有的運(yùn)動(dòng)控制程序均由運(yùn)動(dòng)控制器完成，并通過EtherCAT總線控制各伺服軸模塊。
3.1 Lenze主要產(chǎn)品
USADED-22YRS11（1）面板控制器p500：該系列產(chǎn)品為Lenze推出的一款基于PC技術(shù)的工控機(jī)產(chǎn)品，其軟件采用Windows CE 6.0 操作系統(tǒng)，內(nèi)置Codesys 控制軟件和VisiWinNET Com-pact CE 界面監(jiān)控軟件。其控制器功能集成邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制兩種功能，編程方式符合IEC 61131-3 (IL、LD、FDB、ST、SFC and CFC Editor)和PLCopen Part 1 + 2編程環(huán)境，同時(shí)支持CNC 的Graphic DIN 66025 Editor (G-Code) 的編程，支持Cam 曲線的編程及設(shè)計(jì)。在硬件方面，該控制器標(biāo)配有兩路以太網(wǎng)口，兩個(gè)USB接口，1個(gè)EtherCAT接口，同時(shí)支持一路擴(kuò)展通信接口，可安裝Can和Profibus-DP 通訊。
（2）伺服驅(qū)動(dòng)器i700 ：i700是Lenze推出的為控制器配套的一款簡易式伺服產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用Lenze最高端伺服的硬件配置。該伺服驅(qū)動(dòng)器無PLC及運(yùn)動(dòng)編程能力，其所有的程序、版本信息和電機(jī)參數(shù)需均由運(yùn)動(dòng)控制器完成。
（3）GKS 系列異步伺服減速電機(jī)：該產(chǎn)品由Lenze 的MCA減速電機(jī)結(jié)合G系列減速機(jī)組成，具有精度高，耐沖擊，壽命長等優(yōu)點(diǎn)。此系列采用直交軸輸出方式，支持實(shí)心軸和空心軸兩種安裝方式。異步伺服和同步伺服可應(yīng)用于不同的應(yīng)用場合。由于灌裝設(shè)備具有慣量大和連續(xù)運(yùn)行的工作方式，異步伺服的高慣量匹配度的功能非常適合該設(shè)備的運(yùn)行。在相同功率下，異步伺服在相位同步精度方面也是最為出色的。此系列伺服在無論低速或高速運(yùn)行條件下均能滿足設(shè)備的控制精度要求（大約2mm），還可有效避免低速運(yùn)行下的抖動(dòng)問題。
3.2 Lenze解決方案
系統(tǒng)軟件上采用共虛軸工作模式，各實(shí)軸同步于虛軸，實(shí)現(xiàn)了各軸之間的相位同步、自動(dòng)回歸同步位、尋零和起停等功能。硬件上位機(jī)采用LenzeP500產(chǎn)品通過EtherCAT總線與Lenze伺服控制器I700和IO系統(tǒng)相連，用于運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制功能。伺服供電采用集中方式，既各伺服模塊之間通過直流母線相連進(jìn)行供電，從而簡化了接線工作，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)各軸之間的能源共享，從而達(dá)到節(jié)能的目的。電機(jī)采用LenzeGKS異步伺服減速電機(jī)組成。具體參見圖3吹灌旋系統(tǒng)拓?fù)鋱D。
3.3 實(shí)現(xiàn)的主要功能
Lenze結(jié)合客戶工藝要求和產(chǎn)品特點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)的功能有：
（1）虛軸控制：采用虛軸作為主軸，可使各實(shí)軸完全同步于虛軸，有效避免級(jí)聯(lián)系統(tǒng)引起的累積誤差；
（2）斷電同步停車：斷電同步停車功能可用于生產(chǎn)線意外斷電。各不同慣量的實(shí)軸可以同步停車。其主要原理是將機(jī)械的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)化為伺服的電能，再給電機(jī)制動(dòng)。此功能必須要求伺服的控制回路一直有24V控制電源和伺服之間的直流電源并聯(lián)。
（3）自動(dòng)回歸同步：設(shè)備要求在運(yùn)行過程中各從軸之間一定要相位同步運(yùn)行，避免各瓶夾之間錯(cuò)位運(yùn)行，從而損害瓶夾。因此在設(shè)備運(yùn)行前，伺服會(huì)自動(dòng)檢測各伺服之間的位置。如不在同步位，啟動(dòng)時(shí)伺服會(huì)按最短瓶夾距回歸同步位，然后再同步運(yùn)行。當(dāng)然通過觀察監(jiān)控系統(tǒng)的同步狀態(tài)指示燈，如不在同步位，也可一鍵回歸回步位。
（4）零點(diǎn)設(shè)定：設(shè)備的零點(diǎn)設(shè)定采用手動(dòng)設(shè)定零點(diǎn)方式。由于未安裝零點(diǎn)開關(guān)，設(shè)備設(shè)定零點(diǎn)需由操作工通過人眼觀察逐個(gè)設(shè)定零點(diǎn)。伺服本身具備零點(diǎn)自動(dòng)保存功能，因此在完成零點(diǎn)設(shè)定后，只要在不人為拆卸伺服電機(jī)或者在伺服斷電的情況下，手動(dòng)盤車伺服均可自動(dòng)記憶零點(diǎn)。
（5）實(shí)時(shí)誤差檢測：同步精度是設(shè)備正常運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。每臺(tái)伺服程序均設(shè)有實(shí)時(shí)的誤差監(jiān)控程序，伺服可通過伺服編碼器的位置和伺服控制器中虛軸的位置進(jìn)行比較。比較指令每毫秒進(jìn)行一次，這樣設(shè)備運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)每毫秒出差位置誤差，設(shè)備即可立刻進(jìn)入停車程序。
3.4 Lenze亮點(diǎn)
經(jīng)過多年在灌裝行業(yè)的投入及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的積累，Lenze如今已具備了眾多的成熟技術(shù)亮點(diǎn)。其主要技術(shù)亮點(diǎn)如下：
（1）引入伺服技術(shù)，采用電子軸同步方式取代傳統(tǒng)的機(jī)械軸同步方式。引入伺服技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備各單元單獨(dú)運(yùn)行，方便了設(shè)備的調(diào)試、故障處理、機(jī)器清潔、日常維護(hù)等操作，突破了機(jī)械軸同步方式速度的制約，使得設(shè)備安裝更加緊湊和靈活。
（2）斷電同步停車功能及相位保持。伺服具有機(jī)械能量回饋功能，配合智能伺服的控制和集中供電模塊可能實(shí)現(xiàn)回饋能量的共享，在斷電情況下實(shí)現(xiàn)同步停車。伺服本身具有位置保存的功能，配合制動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)相位保持功能。
（3）零點(diǎn)保持及自動(dòng)回歸同步位。伺服具有零點(diǎn)保持功能，自動(dòng)尋零后，如果沒有機(jī)械上的改動(dòng)可不必尋零，設(shè)備在一個(gè)瓶位內(nèi)按最短距離,可自動(dòng)回歸到同步位，從而減小起動(dòng)時(shí)間。同時(shí)系統(tǒng)在每周內(nèi)自動(dòng)采集零點(diǎn)信號(hào)，用于驗(yàn)證機(jī)械磨損和打滑誤差，如果達(dá)到設(shè)定誤差，則立刻停止運(yùn)行，并在起動(dòng)時(shí)設(shè)備可自動(dòng)重新尋找零點(diǎn)，然后重新運(yùn)行。
（4）采用共虛軸工作方式，避免累積誤差產(chǎn)生。伺服采用32位操作系統(tǒng)，并采用余數(shù)補(bǔ)償機(jī)制，避免計(jì)算誤差的產(chǎn)生。
（5） Lenze一體化減速機(jī)，避免機(jī)械誤差產(chǎn)生。Lenze采用一級(jí)小齒輪直接驅(qū)動(dòng)減速箱齒輪，并且采用小齒輪過盈配合方式連接，因此具有高精度，低噪音等優(yōu)良的性能。
4 展望
無菌冷灌裝工藝因其可有效保護(hù)營養(yǎng)的完整性，確保飲料的原汁原味而備受青睞。目前無菌冷灌裝生產(chǎn)線在國內(nèi)仍處于起步階段，面向未來巨大的消費(fèi)市場發(fā)展?jié)摿?，無菌冷灌裝生產(chǎn)線必將向高速、安全方向發(fā)展。
高速的生產(chǎn)線意味著在同等的生產(chǎn)級(jí)及工作車間投入條件下能夠帶來更大的生產(chǎn)能力。目前國內(nèi)無菌生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度平均為42000瓶/小時(shí)，已達(dá)到國際先進(jìn)水平。傳統(tǒng)的機(jī)械聯(lián)軸式生產(chǎn)線由于其機(jī)械磨損及精度的原因，速度已不能滿足工藝要求。因此，采用分離式伺服傳動(dòng)系統(tǒng)是目前可實(shí)現(xiàn)高速生產(chǎn)線的一個(gè)重要因素。隨著日新月異的工藝要求，無菌冷灌裝生產(chǎn)線未來將進(jìn)一步向更加分離式及更多的伺服系統(tǒng)投入方向發(fā)展，從而進(jìn)一步提升生產(chǎn)速度。
安全的生產(chǎn)線是人們喝到健康飲料的前提。由于沒有高溫殺菌的環(huán)節(jié)，這就要求無菌冷灌裝生產(chǎn)線必須從機(jī)械設(shè)計(jì)角度實(shí)現(xiàn)無菌環(huán)境，如灌裝凈化室必須達(dá)到100級(jí)以上的空氣凈化要求，灌裝閥門結(jié)構(gòu)還必須簡單，易于清洗，并確保閥內(nèi)無夾縫等衛(wèi)生死角。無菌冷灌裝生產(chǎn)線必須著重于優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝方法，向無菌、安全方向發(fā)展。
總之，在未來的飲料行業(yè)，無菌冷灌裝生產(chǎn)線憑借其多種優(yōu)勢，必將引領(lǐng)灌裝生產(chǎn)線的技術(shù)潮流，成為一種重要的飲料生產(chǎn)方式。
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