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1全集成過程和樓宇自動化

　　EngelhardArzneimittel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KfW55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。

　　EngelhardArzneimittel公司工程部主管RüdigerJohn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StefanMa?mann、AndreasWieners和JürgenBolte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

　　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。

　　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TwinCATHMI的配方管理系統中實現。”StefanMa?mann說道，他從自動化項目的最初規劃階段開始就一直與AndreasWieners和JürgenBolte合作，提供技術支持。

　　2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TwinCAT3平臺設計和編程。

　　“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、TwinCAT3以及倍福系統工程部實現的高度靈活性。”EngelhardArzneimittel公司工程部主管RüdigerJohn說道。

　　RüdigerJohn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，ElektroBeckhoff(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，AndreasWieners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。”AndreasWieners說道。RüdigerJohn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。

　　3過程可靠性和產品質量是第一位

　　RüdigerJohn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TwinCATHMI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。RüdigerJohn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。”RüdigerJohn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、TwinCAT3以及倍福系統工程部實現的高度靈活性。”EngelhardArzneimittel公司工程部主管RüdigerJohn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RMDASIC，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。

　　RüdigerJohn與StefanMa?mann、AndreasWieners和JürgenBolte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TwinCATHMI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。

　　4將人工軟管工位集成到控制系統中

　　考慮到安全問題，RüdigerJohn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。”StefanMa?mann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。”RüdigerJohn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。