倍福基于 PC 的控制解決方案在制藥行業(yè)泡罩包裝機中的應用

    瑞士 Rohrer AG 公司在其專為制藥工業(yè)設計的新型 R760 泡罩包裝機中完全采用了 Beckhoff 基于 PC 的控制系統(tǒng)。憑借 Beckhoff 功能強大的高精度 EtherCAT I/O 系統(tǒng)和高動態(tài)、緊湊型驅(qū)動器組件，Rohrer 能夠開發(fā)一臺不僅能夠以高速和無差錯的方式運行且體積也非常小的機器。

    Rohrer AG 專業(yè)從事用于開發(fā)和配置靈活的薄膜和金屬箔并用它們制造產(chǎn)品的機器。為了生產(chǎn)出定制的工具和機器，公司與客戶一直保持密切合作 — 從最初的構(gòu)想到最終實現(xiàn)。公司提供從樣品開發(fā)到樣機建造再到生產(chǎn)設備配置等全方位服務。

                             Beckhoff 功能強大的基于 PC 的控制技術(shù)讓 Rohrer

                         能夠使得其 R760 機器第一次實現(xiàn)每分鐘 40 個雙泡殼包裝的吞吐量

模塊化泡罩包裝機

    可根據(jù)客戶要求定制的 R760 包裝機用于完成小到中等批量的包裝任務。它可用于從柔性薄膜制成的泡罩包裝的開發(fā)到批量生產(chǎn)等所有階段。機器負責完成所有加工過程，也就是說它可以熱成型、密封、打孔并給泡罩包裝加標記。攝像系統(tǒng)對包裝進行檢查，以確保它們正確填裝，并自動卸下任何不合格的產(chǎn)品。如果空間狹小，可以減少機器的模塊數(shù)量。并且由于它符合 GMP 設計（良好作業(yè)規(guī)范）要求，它甚至可以安裝在潔凈室中。

                                      R760 機器負責完成所有加工過程，

                               即它可以完成熱成型、密封、打孔并給泡罩包裝加標記

    R760 泡罩包裝機可以加工制藥、化妝品和醫(yī)療應用領(lǐng)域所需的鋁箔和塑料薄膜。這里所涉及到的項目是一個大型包裝服務供應商針對制藥行業(yè)使用的一臺機器。該機器用來評估新產(chǎn)品和包裝類型。在這一案例中正在包裝的是被稱為口腔崩解片（ODT）的藥片，它采用獲得專利的 Lyopan 工藝進行凍干，可以在無水的條件下服用。機器的設計和自動化技術(shù)必須滿足速度和規(guī)模方面的超高要求。其結(jié)果是第一套達到40個循環(huán)的系統(tǒng)，即每分鐘 40 個雙泡殼包裝的輸出能力。

Rohrer 的 R760 泡罩包裝機用作包裝口腔崩解片（口崩片）的開發(fā)平臺

所有的控制技術(shù)都基于 PC

    Rohrer 早在 2008 年就與 Beckhoff 有了第一次合作，使用了其基于 PC 的控制技術(shù)，當時該公司安裝了面板型 PC CP6200 和控制柜式工業(yè) PC。2012 年，Rohrer 決定完全轉(zhuǎn)向使用 PC 控制技術(shù)。Bernd Esch，Rohrer 公司加工 & 包裝部門控制經(jīng)理在解釋原因時說道：“以前的控制架構(gòu)有很多缺點。例如，它需要多個總線系統(tǒng)。確保安全技術(shù)滿足 EN ISO13849 標準所要求的性能水平也是相當復雜的。此外，客戶要求更緊湊的系統(tǒng) — 我們當時已經(jīng)不能夠提供比較大的驅(qū)動器和額外要求的 EMC 濾波器。而另一方面，Beckhoff 的 AX5000 系列驅(qū)動器結(jié)構(gòu)非常緊湊，并集成了 EMC 濾波器。它們節(jié)約了約 30％ 的控制柜空間?！?/p>

    此外，面板型 PC CP6200 和工業(yè) PC C6920 已經(jīng)為自動化任務提供了足夠的計算能力。Bernd Esch 繼續(xù)說道：“TwinCAT 自動化軟件不僅提供了所需的 PLC 功能，而且有一個功能強大的基于軟件的 NC 系統(tǒng)。這意味著，除了 Beckhoff 節(jié)省空間的工業(yè) PC，我們并不需要額外的控制器。我需要提到的是，Beckhoff 瑞士公司為我們的 PC 控制解決方案提供了很好的本地應用支持?！?/p>

    另一個顯著的優(yōu)勢是 PC 控制的開放性，Esch 說道：“我們必須能夠?qū)⑽覀兊臋C器控制器連接到任何網(wǎng)絡。各種 EtherCAT 總線耦合器和現(xiàn)場總線端子模塊提高了我們在這方面的靈活性。我們也可以很輕松地與 IT 系統(tǒng)進行通訊，因為有了集成式以太網(wǎng)接口和運行的 TwinCAT ADS 層，我們可以調(diào)用我們需要的任何控制數(shù)據(jù)，而不必使修改 PLC 程序。”與可視化系統(tǒng)的連接也同樣簡單，因為 — 就像市場上的大多數(shù)系統(tǒng)一樣 — 它已經(jīng)有了 TwinCAT 驅(qū)動程序。與用于網(wǎng)絡可視化的基于 Java 的程序以及用于如批處理參數(shù)和故障消息等的 MySQL 數(shù)據(jù)庫之間的通訊也非常好，Esch 如此說道。

    R760 機器的 PC 控制解決方案的核心是 C6920 控制柜式工業(yè) PC，它采用 1.9 GHz的 Intel®Celeron® 處理器和多語言版 Windows XP Professional 操作系統(tǒng)，并安裝了 TwinCAT NC PTP 軟件。操作人員通過一臺具有 15 英寸的觸摸屏、定制屏幕薄膜和定制鍵盤擴展件的安裝臂安裝式控制面板 CP7902 控制機器。運動控制功能由 8 個 AX5112、AX5140 和 AX5206 系列伺服驅(qū)動器執(zhí)行，包括一張 TwinSAFE 安全卡 AX5805，和 10 個 AM8000 系列伺服電機。大約 150 個 I/O 數(shù)據(jù)點由約 100 個 EtherCAT 模擬量/數(shù)字量和 TwinSAFE 端子模塊收集并通過四個 EtherCAT 耦合器  EK1100 集成到控制系統(tǒng)中。

據(jù) Rohrer AG 公司加工&包裝技術(shù)控制經(jīng)理 Bernd Esch，    作為 R760 的全方位控制解決方案，PC 控制系統(tǒng)負  CP7902 控制面板的定制化設計使得單元能夠以最佳方    負責實現(xiàn)所有的安全功能和以太網(wǎng)通信

式實現(xiàn)他的要求

高動態(tài)驅(qū)動器需要的安裝工作量最少

    除了結(jié)構(gòu)非常緊湊，Beckhoff 的伺服驅(qū)動技術(shù)還具有出色的動態(tài)性能，Bernd Esch 說道：“通過相應地調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，我們能夠快速地實現(xiàn)每分鐘 40 個雙泡殼包裝的高吞吐量。我們在沒有達到機器的伺服驅(qū)動技術(shù)的極限的情況下成功地實現(xiàn)了這一切?！盧ohrer 借助具有低轉(zhuǎn)動慣量和高達 5 倍的過載能力的 AM8000 系列高性能電機達到了這一性能水平。它們驅(qū)動三個用于打開和關(guān)閉壓機的伺服軸、兩個用于箔運輸?shù)妮S、一個用于進給和將托盤定位到機器的軸、兩個用于處理泡罩輸出的軸，以及用于根據(jù)產(chǎn)品位置移動加工站到其適當位置的調(diào)整軸。

    Rohrer 也從 Beckhoff 的單電纜技術(shù)（OCT） —將動力和反饋系統(tǒng)結(jié)合到一根電機電纜中 — 獲益匪淺。單電纜解決方案通過數(shù)字量接口可靠、無干擾地傳輸信息。這樣電機和控制器側(cè)無需使用多根電線和連接器，從而顯著節(jié)省了組件使用量，減少了調(diào)試工作。Bernd Esch 也意識到這一點：“由于布線需求減少，對我們來說，OCT 節(jié)約了巨大的資源，特別是因為兩個驅(qū)動器采用拖鏈。它讓我們能夠?qū)⒁磺械捏w積都減小一點，這也有助于整個機器的設計?？偠灾琌CT 幫我們減少了約 25％ 的安裝和材料成本。這也使得調(diào)試過程更加輕松。過去，發(fā)生故障時的標準解決方案是運行一個全新的編碼器行?，F(xiàn)在，它們被集成到電機電纜中，我們不再需要長時間討論有關(guān)重路由布線的事宜。”

                     通過采用 Beckhoff 的驅(qū)動技術(shù)與單電纜技術(shù)（OCT）Rohrer 能夠設計

                      一個干凈整潔的控制柜，減少了約25％ 的安裝和材料成

集成的安全技術(shù)提供了新的選擇

    簡化了機器工程設計的其它功能包括自動化系統(tǒng)的集成安全功能，包括 TwinCAT 安全編輯器、Safety over EtherCAT 通信協(xié)議以及 TwinSAFE 端子模塊和 TwinSAFE 驅(qū)動器選項卡AX5805。他們讓 Bernd Esch 在設計安全功能時具有更大的靈活性：“我們可以設計更開放的安全系統(tǒng)。例如，每個安全門現(xiàn)在有自己的 TwinSAFE 端子模塊，從而無需向以前通常的做法那樣串聯(lián)安全開關(guān)或急停按鈕?！?/p>

    TwinSAFE 系統(tǒng)的靈活性還簡化了為單個機器模塊選擇性地執(zhí)行安全功能的工作。例如，某些機器組件可以在機器啟動時保持“激活”，而當安全門打開時，其他組件則被安全關(guān)閉。 Bernd Esch：“在過去，實施這些是非常困難的，只有在要進行大量布線的前提下才可能實現(xiàn)。有了 TwinSAFE，我們可以擁有一個外觀更優(yōu)雅和緊湊的解決方案，它需要的組件更少，成本也更低?！?/p>

高速和高確定性控制技術(shù)帶來高精度

    錫箔用于密封托盤且托盤本身具有基準點（視覺參考點），在它們經(jīng)過機器時讀出。根據(jù)托盤的相對位置，機器讀取輸送系統(tǒng)的確切終點位置，并計算加工單元的相對位置。通過使用高速 EtherCAT 通訊組件，Rohrer 能夠以每秒約 250 毫米（10 英寸）的速度高速移動產(chǎn)品，如果使用 Beckhoff 的 XFC 極速控制技術(shù)，速度還可以再快一倍。 Bernd Esch：“借助 XFC 端子模塊和匹配的傳感器，我們實現(xiàn)了每秒高達 500 毫米（20 英寸）的速度。盡管速度極快，系統(tǒng)仍然能夠可靠地檢測到基準點，并準確地進行計算和閉環(huán)控制操作。XFC 對我們來說也是非常有吸引力的，因為它可以讓正在移動的產(chǎn)品以極高的精度觸發(fā)檢測攝像頭?！?/p>