运动控制提供药品处方

药品是大企业 - 根据行业分析师，仅2007年，全球药品市场达到7120亿美元。制造只是过程的一部分。一旦生产药丸，胶囊，软膏等，必须包装，纸饰，然后送到其向公众分配的药房。这就是运动控制发挥作用的地方，不仅加快了这个过程，而且允许制造商和零售商来修剪员工并利用精益制造实践保持竞争力。

该行业面临着几个挑战，其中之一是严格的监管环境。药品包装涉及高度管制的物质。美国食品和药物管理局(FDA)规定，除非经过验证，否则任何操作都不能被认为是正确的。每个产品都必须经过检查和验证，例如使用条形码扫描和视觉系统，以确保产品到达消费者手中时是安全的。

一种包装药物的手段是由塑料圆顶阵列组成的泡罩包装，每个包装圆顶均封闭单独的药丸。但是，包装过程不会结束，这是MGS机械公司（Maple Grove，Minnesota）进来的地方。该公司生产用于二次包装操作的机器，例如将泡罩包装在卡片库存中，装入多个泡罩包装纸箱与文学件，或将纸箱包装成特定包装模式的情况。

MGS首席工程师Alex Vigdorovich说:“我们使用伺服系统是因为我们的应用要求越来越高，而且伺服系统似乎能够做得更多，而且做得更平稳、更好、更快。”可靠性也是关键。“我们的一些机器每分钟能生产450个纸箱。即使是短时间的停产也会对我们客户的生产造成很大的影响。”

MGS生产由plc控制的间歇运动和连续运动设备。在典型的机器中，一个称为桶的元件收集要放入纸箱的产品。机器架构通过编码器和可编程限位开关(PLSs)将操作分为360度循环。在编码器磁盘旋转的360周期内需要发生某些事件:例如，一个桶需要移动，另一个组件(如吸塑包)需要添加到桶中，一个条形码需要扫描，等等。PLSs可以设置为在周期内触发不同的事件，如将桶从10度移动到150度，添加吸塑包从150度到200度，扫描条形码从200度到250度，等等。

如果机械间隙导致系统在0度点上抖动，问题就会发生。在这种情况下，系统将报告一个错误。消费者的安全不能受到损害，因此法规规定，一旦发生错误，系统中的每一件产品都必须被清除。这可能导致严重的废料损失。解决这个问题的一种方法是增加另一个PLS通道和一些额外的代码到PLC，但这增加了成本和工程时间，以及复杂性。

运动控制提供了另一种选择。MGS采用集成伺服系统和控制逻辑。Vigdorovich说:“控制器驻留在PLC中。“PLC有一个所谓的虚拟主机，伺服系统以某种比例或凸轮跟随它。这个虚拟主机没有任何反弹，因为它是虚拟的，所以它是完美的。如果它停止在零，我们就不会有这些衰退的问题。”

运动控制进入
伺服电机提供了更多的好处，不仅仅是控制。由于担心噪音、振动、准确性和可靠性，MGS限制了气动技术的使用。即使是机械系统也有缺点。Vigdorovich说:“几年前，我们基本上只用一个电机，然后用很多驱动组件、链条和皮带来驱动不同的组件并使它们同步。”当我们使用多轴伺服系统时，我们消除了所有这些驱动组件以及随之而来的问题、维护和污垢。”

在制药行业，清洁是一个大问题，但伺服电机带来的不仅仅是污染物的减少。系统设计变得简化，这带来了额外的好处。曾几何时，公司只是建立了一条专门的生产线来包装每一种产品。然而，在当今竞争更加激烈的环境中，同样的生产线需要能够快速地从一种产品转换到另一种产品。为了避免交叉污染，规定要求在每次切换期间，前一种产品的所有痕迹都要清除。运动控制系统消除了许多凸轮和齿轮头的机械设计，最大限度地减少了产品隐藏的地方。

Vigdorovich说，由伺服电机提供的高扭矩产生高速操作，但电子凸轮的功能也很重要。电子轴系可以在轴的速度之间引入比率，但电子凸轮允许不同的轴移动以不同地移动，例如一个轴间歇地减慢，以允许视觉系统或条形码扫描仪捕捉图像，而另一个轴不间断地操作。“我们允许相机更好地处理时间，更好地看到产品上的代码，”Vigdorovich说。“这增加了对客户来说非常重要的可靠性和效率。”

电子凸轮也使轴能够根据需要加速和减速，例如允许将产品作为纸箱装载区域输送到纸箱装载区域进入并快速离开空间，以便在另一端缓慢移动时没有机械干扰，以便在另一端缓慢移动泡罩包装要加载。“电子镜头有助于我们处理这一点，”Vigdorovich说明。“我们可以改变位移机制的运动，在需要时加速，如果需要，再次加速。”

药品包装机的安全性也是一个重要因素。当然，作业者的健康状况是一个问题，但安全驱动通过提供安全扭矩关闭选项来替代拆卸，增加了可靠性，减少了停机时间e-stop状态下的驱动功率。Vigdorovich说:“我们尽量避免拥堵，但如果在一段时间内出现多次拥堵，就需要等待系统启动。”“当我们的客户每分钟生产300个零件时，任何等待都是很大的生产损失。安全关闭使我们能够做的基本上是保持组件的电源打开，但不允许组件启动，除非它们被告知启动。”

自动分配
当然，包装物品只是成功的一半。一旦他们到达药房，就必须配药，通常每天要配药数百次。一家名为ScriptPro的制药设备供应商开发了一种解决方案——一系列存储和自动分配药片、胶囊和单位使用的药物，如乳液和药膏。设计具有与药房货架单元相同的形状因素，他们的机器由一个数组的药丸细胞配备配药降落伞(见图1)。龙门手臂装有夹持单元移动整个数组带个药丸瓶选择调剂槽内秒(见图2)。基板系统提供药槽,在放入小瓶之前，通过光学传感器进行计数，精确度为99.7%。

运动控制，配合精心的工程设计，使公司能够实现其理想的性能，占地面积和坚固耐用的墙插兼容单元。每台机器只包含四个伺服电机:一个为持有小瓶的夹持器单元提供动力，一个为药丸分配提供动力，两个为定位沿X和Y轴的龙门臂。

每个细胞里的药丸直接放在一个3英寸的。直径，平塑料齿轮(见图3)。伺服电机驱动的齿轮，与塑料齿轮。当它转动的时候，它将药片推入singulation漏斗，导致配药斜槽。在支点臂上的一个单独的执行器打开分发槽的门，允许他们进入小瓶。

伺服电机的肌肉
与包装操作一样，伺服电机提供的扭矩提供了大的益处。丸剂主要由惰性粘合剂夹在一起的活性成分组成。一些药丸可能是垩白分;所有这些都倾向于沉重，两者都需要大量的扭矩来移动塑料齿轮。“转动齿轮的电机为我们的计数装置实际上是相当的扭矩，因为有很多东西推动[装备]，”Scriptpro软件工程师Bradley Lockard说。

当然，所有那些药物粉尘都会提高交叉污染问题，以及电机污染。ScriptPro团队通过从未将系统的任何部分暴露给除丸细胞和小瓶以外的药丸之外的问题解决了这个问题。

伺服电机提供了团队所需的扭矩，体积小到可以使用编码器，这保证了性能。洛卡德补充说:“我们所有的药物计数都有超过99%的准确率，如果没有控制电机的反馈，这几乎是不可能的。”在这里，运动控制的灵活性再次得到了回报。“对于药丸计数马达，假设你想要50片。在最开始的时候，你想要尽可能快地把它们放进去，但你要确保对最后的几个有良好的控制。这就是为什么我们使用的所有电机都是带有光学编码器的伺服电机。”

扭矩，精度，灵活性和可靠性：运动控制填充药品成功的处方。