全集成過(guò)程和樓宇自動(dòng)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）在內的知名產(chǎn)品銷(xiāo)往全球一百多個(gè)國家。在倍?；?PC 的控制技術(shù)和應用工程師的支持下，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)設施，為實(shí)現可持續生產(chǎn)奠定基礎。

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(chǎng)共有職工 450 名，其中從事生產(chǎn)類(lèi)工作的約有 100 人。2019 年，Engelhard 為應對需求的巨大增長(cháng)，建造了一棟新的行政大樓和一座生產(chǎn)大樓。公司在設計大樓時(shí)最注重的是建筑能效和可持續性。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 新建筑能源標準規定的最大值，更重要的是，新建的液體制劑生產(chǎn)設施完全使用綠電。公司還擁有自己的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統，可以滿(mǎn)足企業(yè)自身約 20% 的電力需求。

Engelhard Arzneimittel 公司工程部主管 Rüdiger John 負責整個(gè)自動(dòng)化項目的實(shí)施，包括液體制劑生產(chǎn)線(xiàn)的規劃、實(shí)施以及調試，期間倍福系統工程部為其提供技術(shù)支持?！霸缭?2014 年我們第一次在舊廠(chǎng)房中配備倍福技術(shù)時(shí)，我就被基于 PC 的控制技術(shù)所帶來(lái)的靈活性深深吸引?！盝ohn 說(shuō)道，他對于與倍福系統工程部的 Stefan Ma?mann、Andreas Wieners 和 Jürgen Bolte 之間的合作稱(chēng)贊不已。

下多爾費爾登工廠(chǎng)主要生產(chǎn)液體制劑?！肮S(chǎng)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(chǎng)還能生產(chǎn)止咳藥?！盝ohn 在解釋工廠(chǎng)的經(jīng)營(yíng)范圍時(shí)說(shuō)道。此外，Engelhard 公司的產(chǎn)品還包括洗必泰等牙科專(zhuān)用漱口水，以及 Velgastin 西甲硅油等嬰幼兒滴劑?！拔覀兡壳罢诜治鲈谠摴S(chǎng)生產(chǎn)這些產(chǎn)品是否有意義?！?nbsp;John 說(shuō)道。每當生產(chǎn)線(xiàn)轉換新產(chǎn)品時(shí)，就會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)各項清潔周期，這也是工廠(chǎng)的特色之一?！拔覀冊?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 的配方管理系統中實(shí)現?！盨tefan Ma?mann 說(shuō)道，他從自動(dòng)化項目的最初規劃階段開(kāi)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(chǎng)主要生產(chǎn)和包裝銷(xiāo)往全球市場(chǎng)的藥品。新設備的存儲和產(chǎn)能設計用于滿(mǎn)足這種規模的生產(chǎn)：僅五個(gè)批次內就包含了兩個(gè)容積為 10,000 升的容器和三個(gè)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(gè)生產(chǎn)區域主要使用防護等級高達 IP67 的 EtherCAT 端子模塊，采集傳感器和執行器發(fā)出的信號。

Rüdiger John 根據他之前在建造生產(chǎn)車(chē)間時(shí)的經(jīng)驗，采用了倍?；?PC 的控制技術(shù)確保生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行。其中，Elektro Beckhoff（倍福集團旗下公司）負責完成大部分的電氣規劃和安裝工作，Andreas Wieners 說(shuō)道：“這顯著(zhù)簡(jiǎn)化了我們將樓宇設備集成到過(guò)程自動(dòng)化系統中的工作?！彼陨a(chǎn)過(guò)程會(huì )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(shuō)明。用于供暖和散熱的組件通常位于屋頂或地下室，并通過(guò)熱交換器連接至工廠(chǎng)。當然，它們也為生產(chǎn)車(chē)間本身以及辦公室提供空調。想要平衡各個(gè)方面并不容易?！霸谠O計和優(yōu)化控制工程的過(guò)程中，各種技術(shù)系統通過(guò)包括 TwinCAT 在內的基于 PC 的控制技術(shù)實(shí)現了自動(dòng)化，我們會(huì )將因此取得的優(yōu)勢繼續保持下去?！盇ndreas Wieners 說(shuō)道?！俺艘恍┹^小的組件和子系統之外，生產(chǎn)過(guò)程中使用的所有控制產(chǎn)品都來(lái)自倍福，包括軟件和工程設計?！?nbsp;Rüdiger John 補充道

窺一斑而知全豹，實(shí)際使用的裝置和組件數量非?？捎^(guān)：過(guò)程自動(dòng)化包含 335 個(gè)驅動(dòng)器（閥門(mén)和氣動(dòng)執行機構），17 個(gè)泵和攪拌器，加上約 240 個(gè)測量點(diǎn)（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(gè)跟蹤加熱器。此外，系統還集成了純水供應、通過(guò)四個(gè)清管系統進(jìn)行的產(chǎn)品輸送、廢水處理、中央排氣系統、氮氣和氬氣供應以及生產(chǎn)含乙醇止咳藥水所需的乙醇儲存等子系統。工廠(chǎng)內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(guò)程數據。整個(gè)控制系統通過(guò) EtherCAT 和分布在多個(gè)控制柜中的各種 I/O 端子模塊和防護等級為 IP67 的 EtherCAT 端子盒進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。Engelhard 公司總共安裝了約 460 個(gè) EtherCAT 從站端子模塊，包括多個(gè)用于集成 RFID 讀寫(xiě)頭的 IO-Link 主站端子模塊。

過(guò)程可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量是第一位

Rüdiger John 在強調其中一個(gè)突出的特點(diǎn)是儲罐中集成了視頻監測系統時(shí)說(shuō)道：“這讓我們能夠監測儲罐中的泡沫情況，無(wú)需打開(kāi)儲罐即可檢查液位高度?！边@樣做可以防止藥品被污染?；?TwinCAT HMI 的工廠(chǎng)可視化系統中共集成了 16 臺相機和照明。需要時(shí)，每個(gè)操作人員都可以通過(guò)分布在整個(gè)工廠(chǎng)的 16 臺倍?？刂泼姘搴兔姘逍?PC 中的其中一臺顯示實(shí)時(shí)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?！斑@樣管理人員就可以從辦公室完全訪(fǎng)問(wèn)，無(wú)需將辦公室的 IT 系統連接到生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )?！盧üdiger John 說(shuō)道。

每個(gè)操作站都配備一個(gè) 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。此外，操作員的 RFID 芯片已經(jīng)加裝了 RMD ASIC，可以兼容大樓門(mén)禁控制系統?！斑@些標簽不僅讓員工能夠授權登錄操作站，還可以核準員工進(jìn)出大樓和生產(chǎn)區域?！盝ohn 說(shuō)道。

Rüdiger John 與 Stefan Ma?mann、Andreas Wieners 和 Jürgen Bolte 一起，根據每個(gè)人相關(guān)的任務(wù)定義了共 10 個(gè)用戶(hù)配置文件，并在 TwinCAT HMI 中實(shí)施。這些配置文件涵蓋了針對包裝工人、設備操作員、系統工程師以及實(shí)驗室技術(shù)人員的所有內容。

將人工軟管工位集成到控制系統中

考慮到安全問(wèn)題，Rüdiger John 對于工廠(chǎng)的敏感性區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(shí)現完全自動(dòng)化，但在這種情況下，各個(gè)容器仍然通過(guò)軟管手動(dòng)連接。這是另一個(gè)自動(dòng)化工程師采用 RFID 技術(shù)的區域，它能夠可靠地檢測出軟管連接錯誤或端蓋缺失等故障。每根軟管上的標簽和生產(chǎn)線(xiàn)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識符，確保對生產(chǎn)全過(guò)程的質(zhì)量控制。

對于每個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，可視化和控制系統存儲了所有必須由工作人員手動(dòng)建立的軟管連接信息，其方式類(lèi)似于配方說(shuō)明（例如，“拿起軟管 5，用它來(lái)連接噴嘴 4 和 8”）。只有當所有的軟管（標簽）與正確的噴嘴（RFID 閱讀器）匹配時(shí)，TwinCAT 才會(huì )啟動(dòng)下一道工序：例如，將一個(gè)批次的產(chǎn)品泵送到用于下一道灌裝和包裝生產(chǎn)線(xiàn)的儲罐中?！拔覀兩踔量梢允褂密浌苌系臉撕炦M(jìn)行檢測，確保我們只使用適用于介質(zhì)并事先經(jīng)過(guò)清洗的軟管?！盨tefan Ma?mann 解釋道。如果某個(gè)工作人員在進(jìn)行連接時(shí)出錯，TwinCAT 會(huì )根據無(wú)效的標簽 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。

工廠(chǎng)計劃將 50 個(gè) RFID 閱讀器中的一部分安裝到軟管工位中?！拔覀兿Ｍ軌虮M早解決這個(gè)問(wèn)題?！盧üdiger John 在展望擴大生產(chǎn)下一階段的工作時(shí)說(shuō)道。他的發(fā)展規劃還包括將生產(chǎn)規劃與來(lái)自上位 ERP 系統的活動(dòng)和需求預測聯(lián)系起來(lái)等等?！澳承r(shí)候，我們希望在 SAP 系統內實(shí)施配方?！盝ohn 在介紹具體的擴展方式時(shí)補充道。他認為，開(kāi)放、靈活的 PC 控制平臺也可以輕松實(shí)現這種整合。

Engelhard Arzneimittel 公司下多爾費爾登工廠(chǎng)的液體制劑生產(chǎn)依賴(lài)于倍?；?PC 的控制系統和系統工程部的專(zhuān)業(yè)知識

“在規劃我們的全新液體制劑生產(chǎn)設備的最初階段，我就非常欣賞倍?；?PC 的控制技術(shù)、TwinCAT 3 以及倍福系統工程部實(shí)現的高度靈活性?！盓ngelhard Arzneimittel 公司工程部主管 Rüdiger John 說(shuō)道

設備的過(guò)程控制系統總共安裝了 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

在儲罐設施和清管系統等區域，信號通過(guò)防護等級為 IP67 的 EtherCAT 端子盒采集

防爆區域的傳感器和執行機構通過(guò) ELX 端子模塊（圖片右下角）連接

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

Engelhard Arzneimittel 公司工程部主管 Rüdiger John（中間）總結道：“倍福技術(shù)積累深厚、擁有靈活的市場(chǎng)響應能力和技術(shù)精湛且經(jīng)驗豐富的專(zhuān)業(yè)人員?！眻D為他與倍福系統工程部的 Stefan Ma?mann（左）和 Andreas Wieners（右）合影

倍福官網(wǎng)：www.beckhoff.com.cn/