全集成過程和樓宇自動化
Engelhard Arzneimittel 公司位于美因河畔的法蘭克福，公司創立于 1872 年，至今已有 150 年的歷史，它是一家家族式企業，目前已發展到第五代。其位于法蘭克福附近的下多爾費爾登工廠共有職工 450 名，其中從事生產類工作的約有 100 人。2019 年，Engelhard 為應對需求的巨大增長，建造了一棟新的行政大樓和一座生產大樓。公司在設計大樓時最注重的是建筑能效和可持續性。生產大樓于 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設施完全使用綠電。公司還擁有自己的太陽能光伏發電系統，可以滿足企業自身約 20% 的電力需求。
在儲罐設施和清管系統等區域，信號通過防護等級為 IP67 的 EtherCAT 端子盒采集。
Engelhard Arzneimittel 公司工程部主管 Rüdiger John 負責整個自動化項目的實施，包括液體制劑生產線的規劃、實施以及調試，期間倍福系統工程部為其提供技術支持。“早在 2014 年我們第一次在舊廠房中配備倍福技術時，我就被基于 PC 的控制技術所帶來的靈活性深深吸引。”John 說道，他對于與倍福系統工程部的 Stefan Maßmann、Andreas Wieners 和 Jürgen Bolte 之間的稱贊不已。
下多爾費爾登工廠主要生產液體制劑。“工廠主要生產 Prospan 止咳糖漿等液體產品，將它們封裝到小袋包裝中，工廠還能生產止咳藥。”John 在解釋工廠的經營范圍時說道。此外，Engelhard 公司的產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這些產品是否有意義。”John 說道。每當生產線轉換新產品時，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 控制平臺中創建了各種清洗周期以及液體制劑生產配方，然后在基于 TwinCAT HMI 的配方管理系統中實現。”Stefan Maßmann 說道，他從自動化項目的最初規劃階段開始就一直與 Andreas Wieners 和 Jürgen Bolte 合作，提供技術支持。
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和包裝銷往全球市場的藥品。新設備的存儲和產能設計用于滿足這種規模的生產：僅五個批次內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和中間產品。這個生產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出的信號。
所有的控制和自動化技術都由倍福系統工程部采用 TwinCAT 3 平臺設計和編程。
Rüdiger John 根據他之前在建造生產車間時的經驗，采用了倍福基于 PC 的控制技術確保生產過程順利進行。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 說道：“這顯著簡化了我們將樓宇設備集成到過程自動化系統中的工作。”
他以生產過程會涉及到供暖和散熱需要的咳嗽糖漿的生產為例進行了說明。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。當然，它們也為生產車間本身以及辦公室提供空調。想要平衡各個方面并不容易。“在設計和優化控制工程的過程中，各種技術系統通過包括 TwinCAT 在內的基于 PC 的控制技術實現了自動化，我們會將因此取得的優勢繼續保持下去。”Andreas Wieners 說道。Rüdiger John 補充道：“除了一些較小的組件和子系統之外，生產過程中使用的所有控制產品都來自倍福，包括軟件和工程設計。”
窺一斑而知全豹，實際使用的裝置和組件數量非常可觀：過程自動化包含 335 個驅動器（閥門和氣動執行機構），17 個泵和攪拌器，加上約 240 個測量點（壓力、溫度以及質量流量計、超聲波流量計、液位傳感器等）和 13 個跟蹤加熱器。此外，系統還集成了純水供應、通過四個清管系統進行的產品輸送、廢水處理、中央排氣系統、氮氣和氬氣供應以及生產含乙醇止咳藥水所需的乙醇儲存等子系統。工廠內的這一部分使用了很多 ELX 系列 EtherCAT 防爆端子模塊，可以覆蓋各種過程數據。整個控制系統通過 EtherCAT 和分布在多個控制柜中的各種 I/O 端子模塊和防護等級為 IP67 的 EtherCAT 端子盒進行聯網。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。
過程可靠性和產品質量是第一位
Rüdiger John 在強調其中一個突出的特點是儲罐中集成了視頻監測系統時說道：“這讓我們能夠監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 系統連接到生產網絡。”Rüdiger John 說道。
“在規劃我們的全新液體制劑生產設備的最初階段，我就非常喜歡倍福基于 PC 的控制技術、TwinCAT 3 以及倍福系統工程部實現的高度靈活性。”Engelhard Arzneimittel 公司工程部主管 Rüdiger John 說道。
每個操作站都配備一個 RFID 閱讀器，生產工人在采取任何行動之前必須使用該閱讀器登錄系統。此外，操作員的 RFID 芯片已經加裝了 RMD ASIC，可以兼容大樓門禁控制系統。“這些標簽不僅讓員工能夠授權登錄操作站，還可以核準員工進出大樓和生產區域。”John 說道。
Rüdiger John 與 Stefan Maßmann、Andreas Wieners 和 Jürgen Bolte 一起，根據每個人相關的任務定義了共 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、設備操作員、系統工程師以及實驗室技術人員的所有內容。
將人工軟管工位集成到控制系統中
考慮到安全問題，Rüdiger John 對于工廠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實現完全自動化，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識符，確保對生產全過程的質量控制。
對于每個生產過程，可視化和控制系統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”）。只有當所有的軟管（標簽）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，將一個批次的產品泵送到用于下一道灌裝和包裝生產線的儲罐中。“我們甚至可以使用軟管上的標簽進行檢測，確保我們只使用適用于介質并事先經過清洗的軟管。”Stefan Maßmann 解釋道。如果某個工作人員在進行連接時出錯，TwinCAT 會根據無效的標簽 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。
按照計劃，會將 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 在展望擴大生產下一階段的工作時說道。他的發展規劃還包括將生產規劃與來自上位 ERP 系統的活動和需求預測聯系起來等方面。“某些時候，我們希望在 SAP 系統內實施配方。”John 在介紹具體的擴展方式時補充道。他認為，開放、靈活的 PC 控制平臺也可以輕松實現這種整合。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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