伺服系統(tÇ’ng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）任意變化的自動(dòng)控制系統(tÇ’ng)。其主要組件之一就是控制器，這是影響伺服系統(tÇ’ng)性能指標(biāo)的主要因素。常用的運(yùn)å‹•(dòng)控制器包括PLC、PC-Based運(yùn)å‹•(dòng)控制卡、專(zhuān)用系統(tÇ’ng)和驅(qÅ«)å‹•(dòng)器集成運(yùn)å‹•(dòng)控制，運(yùn)å‹•(dòng)控制系統(tÇ’ng)則通過(guò)伺服驅(qÅ«)å‹•(dòng)裝置將預(yù)定指令變成期望的機(jÄ«)構(gòu)運(yùn)å‹•(dòng)。 　　2004å¹´，中國(guó)的伺服產(chÇŽn)品更多的是集成于專(zhuān)用控制器的設(shè)å‚™，占據(jù)è¿‘60%的市場(chÇŽng)，PC是伺服產(chÇŽn)品的第二大平臺(tái)，占據(jù)20%的市場(chÇŽng)，同時(shí)PLC也是設(shè)備的主控制器；但目前只有少數(shù)歐洲廠(chÇŽng)商提供的驅(qÅ«)å‹•(dòng)器集成了運(yùn)å‹•(dòng)控制器，且用于對(duì)安裝空間要求較高的場(chÇŽng)合。 　　那么伺服系統(tÇ’ng)如果應(yÄ«ng)用于包裝生產(chÇŽn)ç·š(xiàn)上，會(huì)給運(yùn)å‹•(dòng)控制系統(tÇ’ng)帶來(lái)怎么的好處甚至是革新？為此，特邀三位業(yè)å…§(nèi)å°ˆ(zhuān)家就“伺服控制在包裝領(lǐng)域的應(yÄ«ng)用”一文，引出各自對(duì)于該技術(shù)發(fā)展及在國(guó)å…§(nèi)外應(yÄ«ng)用現(xiàn)狀的觀點(diÇŽn)與見(jiàn)解，希望與行業(yè)人士共勉。對(duì)于專(zhuān)家們的大力支持，在此表示由衷感謝。 　　一、包裝技術(shù)促進(jìn)伺服系統(tÇ’ng)的發(fā)展 　　盡管多數(shù)制藥商對(duì)他們的新設(shè)備表現(xiàn)得很平靜，但伺服動(dòng)力包裝系統(tÇ’ng)仍在工廠(chÇŽng)中占據(jù)了應(yÄ«ng)有的地位。當(dāng)柔性生產(chÇŽn)設(shè)備成為消費(fèi)品生產(chÇŽn)å» (chÇŽng)家的支柱時(shí)，必要的調(diào)整卻成為在制藥應(yÄ«ng)用中的強(qiáng)大阻力。 　　博世包裝公司已為藥品制造商生產(chÇŽn)了多種伺服控制機(jÄ«)器。該公司的電子工程主管戴維•å¸ƒå‹žè¡¨ç¤º，“制藥廠(chÇŽng)剛剛領(lǐng)略到伺服的好處——生產(chÇŽn)方法的簡(jiÇŽn)易改變使短期和小批量生產(chÇŽn)更加經(jÄ«ng)æ¿Ÿ(jì)，不必再花費(fèi)4～6小時(shí)去清洗、高壓滅菌及改變凸輪和零件，而只需花幾分鐘，就可以對(duì)æ©Ÿ(jÄ«)器重新編程，裝上不同類(lèi)型或尺寸的部件，使機(jÄ«)器重新運(yùn)轉(zhuÇŽn)起來(lái)。同時(shí)，伺服系統(tÇ’ng)也更加簡(jiÇŽn)易、清潔、不易崩潰”。 　　與傳統(tÇ’ng)軸傳動(dòng)包裝系統(tÇ’ng)采用PLC控制和機(jÄ«)械連接相比，伺服系統(tÇ’ng)要依賴(lài)基于PC的控制系統(tÇ’ng)，這種情況帶來(lái)了更多的問(wèn)é¡Œ。許多制藥企業(yè)為使用伺服設(shè)備寧愿多走一段路，尤其是當(dāng)他們有更多的專(zhuān)業(yè)藥品需要多種包裝時(shí)，制藥企業(yè)都在尋找能夠給他們帶來(lái)更大靈活性的設(shè)備。 　　二、伺服系統(tÇ’ng)的優(yōu)å‹¢(shì) 　　羅克韋爾自動(dòng)化公司的商務(wù)發(fā)展經(jÄ«ng)理邁克•ç“¦æ ¼ç´è¡¨ç¤º，“暫不說(shuō)商業(yè)壓力，以伺服系統(tÇ’ng)為基礎(chÇ”)的設(shè)備要比軸傳動(dòng)設(shè)備具有更多優(yōu)å‹¢(shì)。在伺服系統(tÇ’ng)以前，包裝設(shè)備有一個(gè)大的交流電動(dòng)æ©Ÿ(jÄ«)以固定的速度運(yùn)轉(zhuÇŽn)，遠(yuÇŽn)離主軸的機(jÄ«)械連接控制每一個(gè)包裝程序，將軸運(yùn)å‹•(dòng)從一個(gè)速度轉(zhuÇŽn)換成另一個(gè)速度，或者將旋轉(zhuÇŽn)運(yùn)å‹•(dòng)轉(zhuÇŽn)換成直線(xiàn)運(yùn)å‹•(dòng)。主軸每轉(zhuÇŽn)å‹•(dòng)一次，就從另一端產(chÇŽn)出一個(gè)產(chÇŽn)品。當(dāng)你想將小瓶換成大瓶或者改變包裝尺寸或形狀時(shí)，就必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行重新調(diào)整”。 　　而伺服系統(tÇ’ng)改變了這種情況，沒(méi)有了到主軸的機(jÄ«)械連接，每一個(gè)伺服系統(tÇ’ng)（包括電動(dòng)æ©Ÿ(jÄ«)、齒輪頭和軟件）是獨(dú)立運(yùn)轉(zhuÇŽn)çš„。這樣做的好處是：無(wú)論是壓力、速度、位置，都可以改變。以前，改變這些會(huì)花費(fèi)7個(gè)小時(shí)，除非有足夠大的批量以保證調(diào)整的有效性和理想的生產(chÇŽn)周期，否則很難改變。現(xiàn)在，只需3～5分鐘就可完成調(diào)整，且方法很簡(jiÇŽn)單。 　　將伺服系統(tÇ’ng)從電動(dòng)æ©Ÿ(jÄ«)é©…(qÅ«)å‹•(dòng)軸分離開(kāi)來(lái)，使它們可以對(duì)包裝過(guò)程中的每一個(gè)事件進(jìn)行獨(dú)立調(diào)æ•´。美國(guó)皮斯特公司的副總裁鮑勃•å“ˆå¡”維哥表示，“一個(gè)ç°¡(jiÇŽn)單的低速到中速的灌裝線(xiàn)，由一些簡(jiÇŽn)單設(shè)備和一個(gè)主機(jÄ«)組成，所有設(shè)備相互倚賴(lài)、協(xié)調(diào)工作，隨著系統(tÇ’ng)數(shù)æ“š(jù)的采集，灌裝線(xiàn)上的伺服系統(tÇ’ng)能夠獨(dú)立調(diào)整發(fā)生的任何生產(chÇŽn)問(wèn)題”。德國(guó)ELAU公司的全球營(yíng)銷(xiāo)經(jÄ«ng)理約翰•å…‹ç“¦èª(rèn)為，“伺服系統(tÇ’ng)也將速度和精確度提升到了一個(gè)全新的水平。70%～80%銷(xiāo)售到制藥企業(yè)的打捆機(jÄ«)、外包機(jÄ«)、容器打包機(jÄ«)、托盤(pán)堆垛機(jÄ«)都將使用伺服系統(tÇ’ng)”。 　　伺服系統(tÇ’ng)的一個(gè)主要特點(diÇŽn)是它的閉環(huán)反饋，以伺服系統(tÇ’ng)為基礎(chÇ”)的封口機(jÄ«)控制轉(zhuÇŽn)矩的精度可以達(dá)到±0.02%，而標(biāo)準(zhÇ”n)離合器驅(qÅ«)å‹•(dòng)的封口機(jÄ«)的精度僅為20%，由此很清楚看到伺服系統(tÇ’ng)的價(jià)值所在。例如，在存儲(chÇ”)每一個(gè)蓋子的轉(zhuÇŽn)矩值后，如果需要召回，只需召回1000瓶，而不是以往的100萬(wàn)瓶。同樣的數(shù)æ“š(jù)也可以用來(lái)分析封口機(jÄ«)磨損的程度以決定是否需要維修。自從伺服系統(tÇ’ng)使用了更小的電機(jÄ«)，就極少需要維修了。通常，伺服系統(tÇ’ng)的兩次故障之間的間隔是20萬(wàn)小時(shí)。 　　現(xiàn)在的伺服系統(tÇ’ng)帶給人們一種遠(yuÇŽn)比過(guò)去有價(jià)值的感覺(jué)，5年前，一個(gè)普通的伺服系統(tÇ’ng)價(jià)格為1萬(wàn)美元，如今，只賣(mài)5000美元，且價(jià)格還在下降。在一個(gè)價(jià)æ ¼100000美元的機(jÄ«)器上，加10個(gè)伺服系統(tÇ’ng)，價(jià)格將提高50%。相應(yÄ«ng)çš„，在價(jià)æ ¼50萬(wàn)～100萬(wàn)美元的更大機(jÄ«)器上增加10個(gè)同樣的伺服系統(tÇ’ng)，花費(fèi)并不明顯，但回報(bào)卻是巨大的。 　　三、伺服系統(tÇ’ng)的不足 　　某領(lǐng)先制藥企業(yè)的一位項(xiàng)目經(jÄ«ng)理表示，“它們將更加快速、精確、易于控制、維修和使用，而且更加持久。當(dāng)原有系統(tÇ’ng)要淘汰或要建新工廠(chÇŽng)時(shí)，推薦工廠(chÇŽng)安裝全伺服的包裝線(xiàn)，因?yàn)樗欧到y(tÇ’ng)可以幫助在問(wèn)題發(fā)生前預(yù)測(cè)到，并告訴到哪里去解決。所有事情變得簡(jiÇŽn)單，比軸驅(qÅ«)å‹•(dòng)æ©Ÿ(jÄ«)器前進(jìn)了一大步”。 　　　然而實(shí)際應(yÄ«ng)用情況并非如此，原因與伺服系統(tÇ’ng)控制有關(guān)。要弄清原因，需要先看一下老式的軸驅(qÅ«)å‹•(dòng)包裝線(xiàn)。它們也許并不靈活或精確，但機(jÄ«)械連接使得它們具有可預(yù)見(jiàn)性。一個(gè)使用階梯邏輯的可編程邏輯控制器使一個(gè)功能緊接著另一個(gè)功能，這是一個(gè)相對(duì)容易確認(rèn)的系統(tÇ’ng)。 　　但同時(shí)，伺服系統(tÇ’ng)是獨(dú)立運(yùn)行的模塊，它們依靠軟件而不是齒輪、鏈條和凸輪來(lái)完成其任務(wù)。許多軟件使用基于PC的處理器，這既是它們的強(qiáng)大之處，也是它們脆弱的地方。一方面，個(gè)人計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)使得拖放式和觸摸屏控制成為可能。它們支持先進(jìn)的數(shù)æ“š(jù)采集、傳輸和分析，也支持21 CFR Part 11法規(guÄ«)所遵從的查賬審核的綜合需求。但不足之處是，這些強(qiáng)大的地方也是個(gè)人計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)脆弱的地方。PC不像PLC階梯邏輯，計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)可以在同一個(gè)時(shí)間做10個(gè)不同的事情，因此，當(dāng)這些功能同時(shí)進(jìn)行時(shí)，確認(rèn)一臺(tái)æ©Ÿ(jÄ«)器是一個(gè)挑戰(zhàn)。 　　制藥設(shè)備必須在每個(gè)單一時(shí)é–“å…§(nèi)以同樣的方式運(yùn)轉(zhuÇŽn)。不是三條路，而是只能有一條路來(lái)造出產(chÇŽn)品。對(duì)個(gè)人計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)系統(tÇ’ng)çš„é—œ(guān)注在于：是否能夠做到，一條路錯(cuò)了，計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)會(huì)發(fā)現(xiàn)另一條路而繞過(guò)它。而對(duì)于臺(tái)式計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)的藍(lán)屏死機(jÄ«)現(xiàn)象，很多企業(yè)都很害怕這種事故重復(fù)發(fā)生。 　　四、伺服系統(tÇ’ng)的可靠性 　　一些藥品包裝商堅(jiān)持采用PLC控制器運(yùn)轉(zhuÇŽn)的伺服系統(tÇ’ng)。從本質(zhì)上，他們使機(jÄ«)器“變傻”以免運(yùn)作不正常。雖然計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)依然還在，但它被隔離開(kāi)來(lái)，僅僅用于21 CFR Part 11法規(guÄ«)的安全和數(shù)æ“š(jù)記錄，由PLC操縱著機(jÄ«)器，這可能改善了穩(wÄ›n)定性，但也失去了許多將伺服系統(tÇ’ng)放在首要位置的好處。 　　當(dāng)然，還有其他方法可以確保穩(wÄ›n)定性。關(guān)鍵在于要在Windows系統(tÇ’ng)之前取得計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)處理器的控制權(quán)。在一條計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)控制的包裝線(xiàn)上，在初始化完成后和Windows系統(tÇ’ng)取得處理器的控制權(quán)以前，控制結(jié)構(gòu)獲取了100%的處理器控制權(quán)。然后它把處理器時(shí)間交給Windows系統(tÇ’ng)，此時(shí)，你才可以運(yùn)è¡ŒWindows程序，但卻在控制結(jié)構(gòu)的主導(dÇŽo)下。在這種情形下，如果Windows系統(tÇ’ng)死機(jÄ«)，包裝線(xiàn)依然可以保持運(yùn)轉(zhuÇŽn)。你只需切換到手動(dòng)控制，因?yàn)槿藱C(jÄ«)界面已經(jÄ«ng)失效了，但你的包裝線(xiàn)卻依然運(yùn)轉(zhuÇŽn)。 　　對(duì)于一些廠(chÇŽng)商而言，這種情況還存在些危險(xiÇŽn)性。他們可以選用計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)å’ŒPLC控制器組合而成的聯(lián)合控制，通過(guò)使用人機(jÄ«)界面開(kāi)é—œ(guān)PLC。許多系統(tÇ’ng)采用了插在計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)卡槽中的伺服控制卡，計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)軟件向控制PLC的伺服控制卡發(fā)送命令，伺服系統(tÇ’ng)依從于正在執(zhí)行進(jìn)程的PLC，然后將有關(guān)進(jìn)程的任何反饋通過(guò)PLC送回來(lái)。 　　而另一些公司被混合系統(tÇ’ng)所吸引，他們喜歡伺服系統(tÇ’ng)所帶來(lái)çš„ç°¡(jiÇŽn)化操作、數(shù)æ“š(jù)采集以及可重復(fù)性，將PLC與HMI分離開(kāi)來(lái)也減少了其影響確認(rèn)包裝過(guò)程所產(chÇŽn)生錯(cuò)誤的可能性。其他廠(chÇŽng)商不想處理PC系統(tÇ’ng)令人頭痛的問(wèn)é¡Œ，他們只想知道如何保持運(yùn)轉(zhuÇŽn)，他們擔(dān)心其穩(wÄ›n)定性。如果買(mÇŽi)了一臺(tái)PC運(yùn)行在機(jÄ«)器前端，他們首先要求知道PC的貨架壽命并保證能夠買(mÇŽi)到計(jì)ç®—æ©Ÿ(jÄ«)配件。