全集成過程和樓宇自動化

Engelhard Arzneimittel是一家領(lǐng)先的非處方藥生產(chǎn)商，公司生產(chǎn)的包括止咳藥水小綠葉（Prospan）在內(nèi)的知名產(chǎn)品銷往全球一百多個國家。在倍福基于 PC 的控制技術(shù)和應(yīng)用工程師的支持下，這家制藥企業(yè)建造了一座新的生產(chǎn)大樓和液體制劑生產(chǎn)設(shè)施，為實現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

Engelhard Arzneimittel公司位于美因河畔的法蘭克福，公司創(chuàng)立于 1872 年，至今已有 150 年的歷史，它是一家家族式企業(yè)，目前已發(fā)展到第五代。其位于法蘭克福附近的下多爾費爾登工廠共有職工 450 名，其中從事生產(chǎn)類工作的約有 100 人。2019 年，Engelhard 為應(yīng)對需求的巨大增長，建造了一棟新的行政大樓和一座生產(chǎn)大樓。公司在設(shè)計大樓時最注重的是建筑能效和可持續(xù)性。生產(chǎn)大樓于 2020 年夏天竣工，面積約為 10000 平方米，能源足跡低于德國KfW 55 新建筑能源標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大值，更重要的是，新建的液體制劑生產(chǎn)設(shè)施完全使用綠電。公司還擁有自己的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以滿足企業(yè)自身約 20% 的電力需求。

Engelhard Arzneimittel公司工程部主管Rüdiger John 負(fù)責(zé)整個自動化項目的實施，包括液體制劑生產(chǎn)線的規(guī)劃、實施以及調(diào)試，期間倍福系統(tǒng)工程部為其提供技術(shù)支持。“早在 2014 年我們第一次在舊廠房中配備倍福技術(shù)時，我就被基于 PC 的控制技術(shù)所帶來的靈活性深深吸引。”John 說道，他對于與倍福系統(tǒng)工程部的 Stefan Ma?mann、Andreas Wieners 和 Jürgen Bolte 之間的合作稱贊不已。

下多爾費爾登工廠主要生產(chǎn)液體制劑。“工廠主要生產(chǎn)Prospan止咳糖漿等液體產(chǎn)品，將它們封裝到小袋包裝中，工廠還能生產(chǎn)止咳藥。”John 在解釋工廠的經(jīng)營范圍時說道。此外，Engelhard 公司的產(chǎn)品還包括洗必泰等牙科專用漱口水，以及Velgastin西甲硅油等嬰幼兒滴劑。“我們目前正在分析在該工廠生產(chǎn)這些產(chǎn)品是否有意義。”John說道。每當(dāng)生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換新產(chǎn)品時，就會自動啟動各項清潔周期，這也是工廠的特色之一。“我們在TwinCAT控制平臺中創(chuàng)建了各種清洗周期以及液體制劑生產(chǎn)配方，然后在基于TwinCAT HMI 的配方管理系統(tǒng)中實現(xiàn)。”Stefan Ma?mann說道，他從自動化項目的最初規(guī)劃階段開始就一直與 Andreas Wieners 和 Jürgen Bolte 合作，提供技術(shù)支持。

咳嗽糖漿、止咳藥水以及其它液體制劑

Engelhard 公司的下多爾費爾登工廠主要生產(chǎn)和包裝銷往全球市場的藥品。新設(shè)備的存儲和產(chǎn)能設(shè)計用于滿足這種規(guī)模的生產(chǎn)：僅五個批次內(nèi)就包含了兩個容積為 10,000 升的容器和三個容積為 5000 升的容器。此外，還有額外的儲罐用于存放基本物質(zhì)和中間產(chǎn)品。這個生產(chǎn)區(qū)域主要使用防護(hù)等級高達(dá) IP67 的EtherCAT端子模塊，采集傳感器和執(zhí)行器發(fā)出的信號。

Rüdiger John 根據(jù)他之前在建造生產(chǎn)車間時的經(jīng)驗，采用了倍福基于 PC 的控制技術(shù)確保生產(chǎn)過程順利進(jìn)行。其中，Elektro Beckhoff（倍福集團旗下公司）負(fù)責(zé)完成大部分的電氣規(guī)劃和安裝工作，Andreas Wieners 說道：“這顯著簡化了我們將樓宇設(shè)備集成到過程自動化系統(tǒng)中的工作。”他以生產(chǎn)過程會涉及到供暖和散熱需要的咳嗽糖漿的生產(chǎn)為例進(jìn)行了說明。用于供暖和散熱的組件通常位于屋頂或地下室，并通過熱交換器連接至工廠。當(dāng)然，它們也為生產(chǎn)車間本身以及辦公室提供空調(diào)。想要平衡各個方面并不容易。“在設(shè)計和優(yōu)化控制工程的過程中，各種技術(shù)系統(tǒng)通過包括TwinCAT在內(nèi)的基于 PC 的控制技術(shù)實現(xiàn)了自動化，我們會將因此取得的優(yōu)勢繼續(xù)保持下去。”Andreas Wieners 說道。“除了一些較小的組件和子系統(tǒng)之外，生產(chǎn)過程中使用的所有控制產(chǎn)品都來自倍福，包括軟件和工程設(shè)計。”Rüdiger John 補充道

窺一斑而知全豹，實際使用的裝置和組件數(shù)量非常可觀：過程自動化包含 335 個驅(qū)動器（閥門和氣動執(zhí)行機構(gòu)），17 個泵和攪拌器，加上約 240 個測量點（壓力、溫度以及質(zhì)量流量計、超聲波流量計、液位傳感器等）和 13 個跟蹤加熱器。此外，系統(tǒng)還集成了純水供應(yīng)、通過四個清管系統(tǒng)進(jìn)行的產(chǎn)品輸送、廢水處理、中央排氣系統(tǒng)、氮氣和氬氣供應(yīng)以及生產(chǎn)含乙醇止咳藥水所需的乙醇儲存等子系統(tǒng)。工廠內(nèi)的這一部分使用了很多 ELX 系列EtherCAT防爆端子模塊，可以覆蓋各種過程數(shù)據(jù)。整個控制系統(tǒng)通過EtherCAT和分布在多個控制柜中的各種 I/O 端子模塊和防護(hù)等級為 IP67 的EtherCAT端子盒進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。Engelhard 公司總共安裝了約 460 個EtherCAT從站端子模塊，包括多個用于集成 RFID 讀寫頭的 IO-Link 主站端子模塊。

過程可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量是第一位

Rüdiger John 在強調(diào)其中一個突出的特點是儲罐中集成了視頻監(jiān)測系統(tǒng)時說道：“這讓我們能夠監(jiān)測儲罐中的泡沫情況，無需打開儲罐即可檢查液位高度。”這樣做可以防止藥品被污染。基于TwinCAT HMI 的工廠可視化系統(tǒng)中共集成了 16 臺相機和照明。需要時，每個操作人員都可以通過分布在整個工廠的 16 臺倍福控制面板和面板型 PC 中的其中一臺顯示實時圖像。Rüdiger John 在團隊管理辦公室中直接安裝了一臺 CP3716-1076 控制面板。“這樣管理人員就可以從辦公室完全訪問，無需將辦公室的 IT 系統(tǒng)連接到生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。”Rüdiger John 說道。

每個操作站都配備一個 RFID 閱讀器，生產(chǎn)工人在進(jìn)行任何操作之前必須使用該閱讀器登錄系統(tǒng)。此外，操作員的 RFID 芯片已經(jīng)加裝了 RMD ASIC，可以兼容大樓門禁控制系統(tǒng)。“這些標(biāo)簽不僅讓員工能夠授權(quán)登錄操作站，還可以核準(zhǔn)員工進(jìn)出大樓和生產(chǎn)區(qū)域。”John 說道。

Rüdiger John 與 Stefan Ma?mann、Andreas Wieners 和 Jürgen Bolte 一起，根據(jù)每個人相關(guān)的任務(wù)定義了共 10 個用戶配置文件，并在TwinCAT HMI 中實施。這些配置文件涵蓋了針對包裝工人、設(shè)備操作員、系統(tǒng)工程師以及實驗室技術(shù)人員的所有內(nèi)容。

將人工軟管工位集成到控制系統(tǒng)中

考慮到安全問題，Rüdiger John 對于工廠的敏感性區(qū)域采取一些特殊措施：建立軟管工位。盡管其它一切工序幾乎已經(jīng)實現(xiàn)完全自動化，但在這種情況下，各個容器仍然通過軟管手動連接。這是另一個自動化工程師采用 RFID 技術(shù)的區(qū)域，它能夠可靠地檢測出軟管連接錯誤或端蓋缺失等故障。每根軟管上的標(biāo)簽和生產(chǎn)線連接處安裝的 RFID 閱讀器能夠識別出所有組件及其在工藝中的位置的唯一標(biāo)識符，確保對生產(chǎn)全過程的質(zhì)量控制。

對于每個生產(chǎn)過程，可視化和控制系統(tǒng)存儲了所有必須由工作人員手動建立的軟管連接信息，其方式類似于配方說明（例如，“拿起軟管 5，用它來連接噴嘴 4 和 8”）。只有當(dāng)所有的軟管（標(biāo)簽）與正確的噴嘴（RFID 閱讀器）匹配時，TwinCAT才會啟動下一道工序：例如，將一個批次的產(chǎn)品泵送到用于下一道灌裝和包裝生產(chǎn)線的儲罐中。“我們甚至可以使用軟管上的標(biāo)簽進(jìn)行檢測，確保我們只使用適用于介質(zhì)并事先經(jīng)過清洗的軟管。”StefanMa?mann解釋道。如果某個工作人員在進(jìn)行連接時出錯，TwinCAT會根據(jù)無效的標(biāo)簽 ID 立即識別出這一錯誤，并中斷此工序，直至該名員工正確連接好軟管并確認(rèn)。

工廠計劃將 50 個 RFID 閱讀器中的一部分安裝到軟管工位中。“我們希望能夠盡早解決這個問題。”Rüdiger John 在展望擴大生產(chǎn)下一階段的工作時說道。他的發(fā)展規(guī)劃還包括將生產(chǎn)規(guī)劃與來自上位 ERP 系統(tǒng)的活動和需求預(yù)測聯(lián)系起來等等。“某些時候，我們希望在 SAP 系統(tǒng)內(nèi)實施配方。”John 在介紹具體的擴展方式時補充道。他認(rèn)為，開放、靈活的 PC 控制平臺也可以輕松實現(xiàn)這種整合。

更多信息：

www.beckhoff.com.cn/process

圖片譯文

Engelhard Arzneimittel公司下多爾費爾登工廠的液體制劑生產(chǎn)依賴于倍福基于 PC 的控制系統(tǒng)和系統(tǒng)工程部的專業(yè)知識

“在規(guī)劃我們的全新液體制劑生產(chǎn)設(shè)備的最初階段，我就非常欣賞倍福基于 PC 的控制技術(shù)、TwinCAT 3 以及倍福系統(tǒng)工程部實現(xiàn)的高度靈活性。”Engelhard Arzneimittel公司工程部主管Rüdiger John 說道

設(shè)備的過程控制系統(tǒng)總共安裝了 16 臺控制面板和面板型 PC，其中一臺安裝在團隊管理辦公室中

在儲罐設(shè)施和清管系統(tǒng)等區(qū)域，信號通過防護(hù)等級為 IP67 的EtherCAT端子盒采集

防爆區(qū)域的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)通過 ELX 端子模塊（圖片右下角）連接

所有的控制和自動化技術(shù)都由倍福系統(tǒng)工程部采用TwinCAT 3 平臺設(shè)計和編程

Engelhard Arzneimittel公司工程部主管Rüdiger John（中間）總結(jié)道：“倍福技術(shù)積累深厚、擁有靈活的市場響應(yīng)能力和技術(shù)精湛且經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員。”圖為他與倍福系統(tǒng)工程部的 Stefan Ma?mann（左）和 Andreas Wieners（右）合影