借助智能式格式调整，提高制药生产工艺过程的可靠性

借助具有总线功能的电子式位置指示器可确保在药品包装中，以过程可靠且高效的方式为不同尺寸的折叠盒进行格式转换。

在提高机器系统可用性方面，一个不容低估的因素是在更换产品和调整格式时达到优化转换时间。智能式格式转换有多种选项，这些选项符合优化设置的Centerlining理念：从用于单个调整点的简单的、纯机械式的解决方案到用于整个机器生产线的全自动化定位系统。

格式转换意味着什么 
格式转换使用于整个医药产品的制造过程中，无论是包装、贴标签还是检查工作：当在生产线上设置新产品的新尺寸时，就是所谓的格式转换。一旦产品类型或其尺寸发生变化，也必须更换每台机器的转轴设置，其不仅仅是通过机器自动化所需的工序。 可以使用曲柄进行手动或全自动化完成格式更换，个性化的需求越高，智能、高效的格式调整就越重要。

格式调整最常见的类型是通过主轴进行调整，例如，在包装机和贴标机中，格式转换或机器的转轴将通过主轴的旋转运动进行调整。这可以使用曲柄或手轮手动完成，也可以使用伺服电机全自动完成。 

如果现场没有可以利用的主轴，则使用直线式导轨条来引导检测系统的行程，通过将滑动块推行于导轨，得到借助其机械式结构设计设置新位置的功能。为了达到正确无误的设置，其手动调整需要熟练的手工技巧。

通过机械数字式位置指示器，进行手动格式调整的示意图, 借助具有总线功能的电子式位置指示器进行手动格式调整的示意图, 通过直线式导轨条上的具有总线功能的电子位置指示器进行手动格式调整的示意图
 

通过直线式导轨条上具有总线功能的电子位置显示器进行手动格式调整 © SIKO GmbH © SIKO GmbH 公司

当需更换部分格式时，不再只是调整轴的问题，而是更换格式组成部件的工序，即单个工具或机器零件的调整，为了正确执行此手动更换，可以利用集成的监控系统作为解决方案。

使用进行了优化的格式调整方式  
更改机器的设置总是会带来某些错误操作的风险。通过在监控系统或甚至在自动化控制对格式调整工作进行优化，可以排除这种风险，并可以更好地适配生产过程所需的灵活要求。

随着格式调整的优化，重复精度也会提高。格式更改后，重新生产时，产品应具有相同的形式和质量——这是药品生产的决定性标准要求。

借助设置时间的优势得到生产速度优化所产生的一个效果是显著降低成本，特别是通过受监控的全自动化格式调整的工艺。

格式调整越频繁，和生产质量要求越高，使用监控式或自动化定位设备就越明智  

除了保持良好的可重复性和通过生产速度降低成本外，工艺可靠性的提高是优化格式调整的另一个理由。在监控式格式调整过程中，通过LED灯清晰显示精确的位置状态，绿色表示“位置正确”，红色表示“位置不正确”。由此可以对机器如此进行编程，使其仅在所有位置都已正确设置后才允许恢复生产。

提高至关重要领域的应用类型的可靠性 
对于制药领域的应用，必须 100% 保证在格式更改后正确位置的到达——无论这种情况是每周一次还是每小时一次，在此受监控的格式更换是必不可少的。例如，药品的包装量大小需在机器上设置，为此，必须根据新包装大小相应更新药品标签，以确保产品生产过程的可追溯性，所有有关参数都可通过格式设置进行调整。

另一个示例性应用是检测用相机的高度调整。摄像机的位置必须根据不同的产品高度进行调整，以便 100% 可靠地进行检测。
 

手动格式调整 
手动式格式调整是专门为不需要经常进行格式调整的基础机器而设计，其通常使用机械数字式或电子式位置指示器，由此可以经济且可靠地进行定位确定。

每个位置指示器的核心技术是一个用于检测位置的测量系统。其测量系统具备高度的精度，相对调整单元上的旋转运动的通常公差约为 ±0.5 度。此外，位置指示器还提供可控的数字式显示值。

除了测量系统，位置指示器还包括一个显示器。一种类型变体是机械数字式位置显示器，它以滚动数字的形式以十位制显示小数位的值，这就是“数字式”一词的来源，尽管它与电子式显示器无关。电子式位置指示器具备 LCD 显示屏，当涉及到受监控的格式更换工艺时，所使用的类型并会在显示屏的第二行上显示目标值。 

绝对值式测量原理和校准功能 
位置指示器根据绝对值式测量原理进行工作，其无需经常进行参考基准的调整，即使在无电源情况下，显示器也会检测显示调整单元上的运动。使用电子式位置指示器时 - 无论是独立的还是联网的 - 其检测是依靠电池完成，即其通过电池缓冲并根据绝对值式测量系统进行工作，由此只需进行一次性参考基准的运行。
 

分辨率和精度 
分辨率是指示器提供的最小可读测量步奏的显示；例如，对于具有设定值要求的电子式指示器，每转提供 720 个增量值，由此可确保高度的重复制造性。
 

机械数字式位置指示器 
其指示器可以高精度检测位置值，并以易于阅读的方式进行显示，通过集成的传动器，相应所需的主轴螺距，来设置轴运行每转的显示值。机械式位置指示器的特点是其各自专用的特定应用形式，针对具有特定主轴螺距和所需分辨率的应用，必须配置特定的类型变体。
 

电子式位置指示器 LCD 独立式 
与机械数字式位置指示器相比，电子式位置指示器的决定性优势是可自由编程以灵活使用。大量技术参数可以通过位置指示器进行自由设置：主轴螺距、小数位、旋转方向、安装位置，甚至可以在角度模式下使用。

与机械数字式位置指示器相比，电子式指示器还可以达到更高的分辨率。对于机械式指示器，传动比是有限的，而电子式指示器，每转可高达 3600 步的计数，因此划分为十分之一度很容易实现。考虑选择机械式还是电子式位置指示器时的另一个优势，是两者之间的兼容性，因此进行转换或扩展都不成问题。
 

借助电子式位置指示器达到监控式格式调整  
利用带有目标设定值和总线通信的电子式位置指示器，得到监控式格式调整的功能。在总线控制的运行中，在各个绝对式位置指示器和更高级的控制单元之间，目标值和实际值可以进行相互交换以进行调整。

工艺过程达到可靠运行的基础要求  
手动格式调整侧重于达到可重复性制造的要求，而监控式格式调整却主要是要达到工艺过程的可靠性。通过位置指示器的总线集成，其可通过机器控制系统 (PLC) 整体实现。 PLC 是主导元件，其将目标值发送到位置指示器，并读出检测出的实际值，其根据传输得到的位置状态，并只有在所有手动设置的主轴位置得到正确信息反馈后，才会允许整个系统的运行可行性，由此不会发生因轴设置不正确而导致废品或机器模块受损的情况。借助带有总线功能的电子式位置指示器来达到监控式格式调整，由此显著提高机器效率和生产系统的成本效益。

指示器通过现场总线，接收来自机器控制系统的基本参数和当前所需的设置位置，目标值存储在机器控制系统内的配方管理中，即对于每个要制造的产品，配方管理中都有一个相应配方，其中包含所有必要的目标值，例如折叠盒或包装的长度、高度、宽度等，为此需要不同的相应位置调整工序。
 

位置是否正确的状态显示功能 
指示器的控制器指定所设目标值，其值同时显示在位置指示器的显示屏上的第二行。监控式格式转换的另一个特别之处在于具备两个 LED 灯，由此可以清楚地显示位置状态，绿色表示“位置正确”，红色表示“位置不正确”。

LED 显示功能和集成一体的箭头方向显示，也相对于人体工程学和用户使用友好性起到积极影响。通过箭头指示必须进行调整的方向，由此操作员工一目了然，他不必考虑所示任何数值，只需要通过带方向显示的 LED 灯即可找到目标位置。

监控式位置显示，通过使用实际值和设定值以及红色和绿色 LED 灯，清楚地显示相应的轴或主轴是否已设置正确。

联网的位置指示器的参数的自由设置与 LCD 指示器一样灵活，在此特别提供优势的是，参数的设置可以，并且应该通过总线接口进行。

专业应用类型 
在制药机械工程的各种应用领域中都有监控式格式调整的应用工序。格式转换工序特别典型用于，为装盒机设置包装尺寸和为产品贴标签进行定位。作为欧洲防伪指令的一部分，处方药必须使用所谓的“跟踪与追溯”系统进行明确标记。具有总线功能的电子式位置指示器的监控式格式调整提高了这些“跟踪和追溯”系统的工艺过程可靠性，其中包括打印、取值、贴标签和称重的过程。

借助具有总线功能的电子式位置指示器可确保在药品包装中，以过程可靠且高效的方式为不同尺寸的折叠盒进行格式转换。
 

使用“Track & Trace” 技术系统的示例，位于中间的两个位置指示器用于调整打印头和折叠盒表面（不同宽度）之间的距离。下方的两个指示器有助于将防篡改贴标机的设置适配相应的盒子宽度。

监控式目标值显示功能 
电子式位置显示器的主要功能是检测在主轴调整和线性滑块调整工序的测量值，但在格式更换过程中，仅仅需在现场显示纯目标值即可。然而，这里的工序可靠性在很大程度上取决于相应的操作员的熟练程度，须使用正确的格式部件并且必须通过按下按钮进行确认来达到。

自动化格式调整 
提高监控式格式调整工艺的下一步，是通过紧凑型执行器实现格式调整的完全自动化，无需人工进行调整干预。自动化工艺有两个优势：一方面，格式转换时间显著减少，这在产品更换频繁的情况下尤为重要。另一方面，通常的轴存在难以触及的难题，例如只能使用梯子或移除部分镶板才能触及，通过自动化调整可轻易解决其难题。

一执行器的结构造型和安装方式

尽管尺寸大小极小，但紧凑型执行器集成了所有功能组件，也适用于狭窄或难以进入的安装空间。图片来源

执行器的设计基础理念是高度集成的设计构造，通过这种设计，“所有”组件都存在于执行器本体中：无刷直流电机（无磨损）、公差精度高和强大的传动器、以及位置传感器和电力及控制电子设备，由此，执行器可以直接连接到控制系统。得益于集成的空心轴结构，执行器也可以很容易地适配安装于现有的主轴上。

通过各种标准接口，执行器可与更高级的机器控制系统直接进行交流，控制系统起到控制中心的作用，指定驱动器的目标值和发出启动命令。但全自动化定位系统的控制，如目标值和速度等参数的调整，却纯粹在驱动器内进行。
 

各种不同的功率等级范围 
格式调整的幅度范围比较大，它从一个简单的微调开始，例如，在包装过程中使用一个小旋钮进行手动调整折叠盒储架，在此只需要低扭矩，因此，可以选用功率要求低的小型驱动器。

另一个极端应用示例，例如，在包装机中，整个纸板箱的进料系统的宽度，必须根据包装箱尺寸大小进行调整，即必须移动整个机器单元，由此需要相对较高的扭矩。

药品包装领域的一个典型应用是所谓的纸箱竖立机，折叠的纸板通过其竖立工序转变成纸箱盒， 50 至 70 瓦的中等功率范围的驱动器适用于此应用。
 

工艺过程数据的通讯交换 
原则上，执行器以两种不同的模式工作，这两种模式被认为是标准操作模式：定位模式和转速模式。在定位模式下，目标值从控制器传输到驱动器，然后，它会以控制器先前设置的速度自动调整到所需位置，直到到达为止。在转速模式下，控制器仅指定速度和方向，然后不断监控实际值，直到达到所需位置，在驱动器接近该位置时，控制器会自动调节速度或降低速度。

一项重要的可靠性功能是，只有当所有轴或驱动器都找到各自的正确位置时，机器才会重新启动工作。当正确位置到达时，系统会在电报(与控制器的信息交换过程)中设置相应的Bit ，作为正确位置的确认。此外，控制器还可以回读驱动器上的实际值，并再次与目标值进行比较，如果两者相同，控制器可以发出启动命令，以恢复生产。
 

通过参数调整得到应用灵活性 
为了能够使驱动器最佳地适应相应的应用，可以通过总线接口定义大量技术参数。最简单的参数是将调整工艺过程中的单位定义为毫米，为此，程序员必须知道，每转轴运动在轴方向移动了多少线性位移，该参数可以存储在驱动器中。

此外，还可以对速度提高和速度减低进行编程，以便确定驱动器加速的时间，以及再次减速的时间，这对于准确定位很重要，由此避免其超出所设位置。最大电流也可以设置为参数，以限制达到一定的扭矩，由此确保执行设定的安全工作措施。
 

预测性维护保养功能 
通过执行器的诊断能力得到其功能。借助驱动器的各种参数分析，得出有关驱动器和系统本身的运行状态的结论，以便在早期阶段识别运行异常或维护需求。例如，可以通过监控电机中的电流消耗、控制电路中和负载电路中的温度或电压值等，当其超过正常值时，做出反应，以尽早采取相应措施。
 

通过与网络集成达到智能式格式调整 
在网络集成的接口选择时，需要与现有的机器控制系统有一定的兼容性。例如，使用西门子控制器，最容易将设备与 Profibus 或 Profinet 接口集成。而 RS485 和 CAN 是久经考验的低成本串行接口，其允许大量现场设备以相对高的速度和远距离进行联网。

IO-Link 是一种串行、双向点对点连接方式，适合用于所有网络或现场总线中的信号传输和能源供电。近年来，IO-Link 已经变得非常普遍，特别是在欧洲机械工程中取得了成就。多个（通常最多八个）IO-Link 现场设备以星形配置，连接到每个 IO-Link 主站，点对点连接极大地简化了运行调试，因为不必对 IO-Link 设备进行寻址工作。此外，在出现错误时，可以快速定位故障，并且不影响其他现场设备。

现代工业以太网接口具有非常高的反应速度，可以使用任何拓扑结构造型进行连接，环形结构也可以使用。这提高了运行可靠性，因为可以从不同方向联系到所有参与者，这在某些连接中断时，尤为重要。通过工业以太网接口可以全面交换工艺过程和诊断分析数据，其也支持执行“预测性维护”措施。
 

结论与展望：自动化程度要求越来越高，数据信息提供要求越来越多 
制药行业对机器和系统的灵活性和待用性的要求保持很高，这也意味着对智能式格式调整的需求将仍然持续。药品生产的趋势是小批量生产，因此生产线上的产品更换更加频繁。机器的自动化程度肯定会继续提高，对于旨在确保药品可追溯性的“跟踪与追溯”等更新系统也是如此。因此，可用于在不同产品尺寸之间，以可控方式快速进行调整，并具有过程可靠性的支持组件，变得越来越重要。工艺过程可靠性在药品制造中尤其重要，借助受监控的或自动的格式转换工艺，可以进一步降低对“人为因素”引起的错误的敏感性。
 

得益于更多智能性和联网性达到制药行业 4.0 
指示器和伺服电机等外围组件，将在生产工厂的智能化和柔性解决方案的进一步发展中发挥越来越大的作用。如果提到的组件除了收集实际过程数据之外，还收集更多有关系统运行状态的信息，这将很有帮助，由此使指示器和驱动器可以独立采取反应行动，例如，当超出限制范围时，会发出警告消息或降低驱动器的运行功率等。展望未来，自诊断功能概念对于这些组件将变得更加重要，其可以扩展到至寿命终点的监控工作，通过系统内部也收集数据功能，由此外围组件也逐渐发展成为数据记录部件。

大约 22000 字符数量 (包含空格)

作者：Jürgen Schuh 先生，SIKO GmbH 公司，Changeover Solutions部门负责人