位于马塞诸塞州霍普金顿的TekCel使用 Elmo的Harmonica 数字伺服驱动器设计制造用于试管和培养皿的极紧凑材料处理系统。为 Harmonica 设计的壳体在-20° C研究下工作。

背景

为了降低成本和保持竞争力,现代医疗化验实验室必须实现化验过程的自动化。医药公司和生物科技公司也同样需要加速产品开发周期。

用于医疗实验室的自动材料输运和存放系统现在可以做到这些工作。它们具备在惰性温度的可控环境中存放化学品和检测材料的托盘,将托盘移动到检测区域以便自动混合材料的输运系统,得到的混合物放入试管或培养皿中,然后存放在同一系统内,或者转出。

此类系统的核心包括 (1) 数据库,了解材料存放位置并保存每个试管或培养皿历史记录,以及 (2) 控制所有操作和移动的计算机。

TekCel’s Tube Management Platform

TekCel的方法

TekCel的方法是打造可以像构建块一样轻松拆卸组装的,各个存放、输送和混合模块。每个存放模块包含自己的数据库,这样组装后,整体系统都清楚每个试管或培养皿内的材料。

TekCel 的试管管理系统是一个全自动集成环境可控平台,用于不同尺寸的试管存放、检索和处理。系统在试管尺寸、存放容量和吞吐量方面具有无比灵活性。

试管管理系统的核心是试管存储模块TubeStore。每个自给式模块可以在惰性温度可控的环境内抓取和编辑各个带有二维码标签的试管或者 96 试管架。TubeStore的模块化设计支持组合多个模块,扩大试管管理系统的容量。

挑战

有限空间和低温环境中分布电机控制。

  • 有限的空间限制
  • 为直线电机和旋转电机提供动力
  • 通过自给式程序控制(位置模式)
  • 通过 CANopen 连接

TekCel 和 Elmo的解决方案

TekCel 采用基于 Windows PC 的控制机构,具有很多优点,但缺乏实时控制。由于 Elmo的 Harmonica可以执行内部脚本,可以在自动事件序列中协调伺服电机、传感器和气动装置。可以在板载闪存中保存多个脚本,启动后,无需 PC 进一步支持。

以前由 PC 轮询传感器和伺服位置,发出伺服/输出命令。嵌入式脚本减少延迟并提高吞吐近 30%。在此应用中,多个 Harmonica 配置为一个“组”,通过一条 PC指令来启动特定于应用的脚本,支持多个伺服一起处理实时任务。

以前TekCel使用的专利分布式伺服控制器采用多点连接 RS485 网络。Harmonica 提供类似封装尺寸,具有更大电流容量,更可靠的 CAN 通信,工作温度范围广,线缆管理类似。扩展 I/O 和先进伺服调节也是客户选择 Harmonica 的重要原因。

Harmonica 数字伺服驱动器设计为两个主要组件:存放系统和培养皿管理单元。

Harmonica 数字伺服驱动器

Harmonica全数字伺服驱动器,可为 直流有刷、直流无刷和直线电机提供最高 1 KW 持续功率(2 KW 峰值功率)。可以采用电流、速度或位置模式工作,支持多种反馈,包括增量式传感器、解算器、插值模拟(正弦/余弦)编码器、转速计和电位器。微型的驱动器在 150克 (5.3盎司) 的空间内封装一个马力。采用正弦波矢量控制、梯形矢量控制、梯形 6 步和 DC 换向方法。Harmonica 为 ECAM、从动轮、双回路和脉冲与方向应用提供辅助反馈端口。还提供数字和模拟端口。驱动器集成高效动力切换技术,符合 Elmo 超快速实施的 CANopen 总线(DS-301/DS-402) 协议。除了 RS-232 串行端口,还安装一个 CANopen 端口用于通信。可以借助 Elmo Motion Control 的编程语言对 Harmonica 进行完全编程(32 KB 内存用于存放程序)。使用 Elmo 的 Composer 设置工具,Harmonica 用户可以快速轻松执行驱动器设置、配置、调节、分析和驱动器编程。