Nahtloses Kombi
Twincat Vision optimiert High-Speed-Inspektion von Weichkapseln
Xin Hang Cheng entwickelt seit über 30 Jahren pharmazeutische Verarbeitungsmaschinen im High-End-Segment. Die neueste Generation von Weichkapsel-Inspektionsmaschinen nutzt PC-based Control und Twincat 3 von Beckhoff, um SPS-, Motion-Control-, Bildverarbeitungs- und HMI-Funktionen in eine einheitliche Steuerungsplattform mit einer vereinfachten Architektur zu integrieren.
Bild: Xin Hang ChengWährend in China die manuelle Herstellung von Medikamenten aus Kräutern und anderen natürlichen Inhaltsstoffen eine lange Tradition verzeichnet, hat Beijing Xin Hang Cheng Technology Development Co., Ltd. (Xin Hang Cheng) mit der Entwicklung von Maschinen zur Herstellung hochwertiger pharmazeutischer Produkte eine Brücke zwischen Tradition und Moderne geschlagen. Das Unternehmen mit Sitz in Langfang City in der chinesischen Provinz Hebei hat eine starke Wettbewerbsposition im Bereich der Maschinen zur Herstellung verschiedener Weichkapseln. Diese werden in verschiedenen Verfahren mit flüssigen Wirkstoffen gefüllt und umschließen die wertvollen Inhalte wie z. B. Vitaminlösungen sicher mit einer schützenden Gelatinehülle. Die finale Inspektion sichert das attraktive Aussehen der in verschiedenen Farben und Formen hergestellten Produkte und das Aussortieren von Kapseln mit Mängeln wie Lufteinschlüssen oder Fremdkörpern auf der Oberfläche.
Xin Hang Cheng hat nach eigenen Angaben die erste vollautomatische High-Speed-Weichkapselmaschine und den ersten automatischen Weichkapseltrockner mit Förderband in China entwickelt. Seit 2015 setzt das Unternehmen auf die PC-basierte Steuerungstechnik und die Automatisierungssoftware Twincat 3 von Beckhoff als Hauptsteuerungsplattform. Im Jahr 2020 war Xin Hang Cheng das erste Unternehmen in Chinas Weichkapsel-Inspektionsbranche, das Twincat Vision einsetzte und auf dieser Basis eine hochintegrierte Steuerungslösung auf den Markt brachte. Die neueste Generation der Inspektionsmaschinen nutzt die Softwareplattform, um mit Twincat HMI, Twincat PLC und Twincat Vision alle nötigen Funktionen nahtlos in eine einheitliche Umgebung zu integrieren. Mit ihrer einfachen Struktur, Steuerungsintelligenz, Geschwindigkeit und Genauigkeit erregte die Steuerungslösung große Aufmerksamkeit, als sie dem Fachpublikum auf der China National Pharmaceutical Machinery Exposition 2021 vorgestellt wurde.
Zusammenspiel Vision & SPS
Twincat Vision bindet alle Bildverarbeitungsfunktionen direkt in die Laufzeit ein. Durch die Programmierung von Bildverarbeitungs- und Logiksteuerungsfunktionen auf derselben Engineering-Plattform wird sichergestellt, dass der Task-Zyklus den festen Refresh-Zeiten des Bildverarbeitungscodes entspricht. Zudem erfüllt die Hardware die daraus resultierenden Anforderungen an die Steuerungszykluszeit. In diesem Fall bietet ein Embedded-PC CX2072, ausgestattet mit einer Intel-Xeon-CPU (zwölf Cores) und einer separaten Grafikkarte, ausreichend Rechenleistung, um die datenintensive Bildverarbeitungsapplikation und alle anderen Funktionen umzusetzen. Da das Bildverarbeitungs- und das SPS-Programm auf der gleichen Softwareplattform ablaufen, ist kein zusätzlicher Zeitaufwand für die Kommunikation zwischen beiden erforderlich. Das nahtlose Zusammenspiel aller Tasks innerhalb der Echtzeitumgebung der Twincat-Runtime sorgt dafür, dass es keine Verzögerungen zwischen den Bildverarbeitungs- und Sortierfunktionen der Maschine gibt und der resultierende Anlagendurchsatz sehr hoch ist.
Die Bildverarbeitungsfunktionen der Weichkapsel-Inspektionsmaschinen umfassen die Erkennung und Bestimmung von Fehlern, wie z. B. abweichende Farben oder Formen, schwarze Flecken sowie Blasen. Die Twincat-Vision-Bibliothek bietet vorgefertigte Funktionsbausteine zur Bildvorverarbeitung, Farbunterscheidung, Erscheinungsbild- und Konturanalyse sowie Fleckenerkennung, die auf die Anforderungen einer Weichkapselprüfmaschine abgestimmt sind. Die offenen Templates ermöglichen dem Programmierer außerdem die Entwicklung individueller Bildverarbeitungsfunktionen für Kundenapplikationen.
HMI für Vision und SPS
Traditionell verfügt die industrielle Bildverarbeitung über ein von der SPS unabhängiges Steuerungssystem. Außerdem verfügen Bildverarbeitungssysteme in der Regel über eine eigene Bedienoberfläche. Folglich wären zwei separate HMIs notwendig, um das Bildverarbeitungssystem und die SPS-Steuerung gleichzeitig zu bedienen. Mit Twincat HMI lässt sich hingegen die Visualisierung der integrierten SPS- und Bildverarbeitungsfunktionen in nur einer Bedienoberfläche vereinen. Damit werden nicht mehr zwei separate Steuerungsplattformen und zwei Displays für die Maschine benötigt, sondern nur noch ein Multitouch-Control-Panel CP2919 von Beckhoff.
Fazit
Twincat Vision unterscheidet sich von herkömmlichen Machine-Vision-Lösungen dadurch, dass sie optimal mit SPS- und HMI-Funktionen kombiniert werden kann. Das integrierte Design vereinfacht die Systemarchitektur und bietet dem Anwender eine flexible und einfach zu bedienende Lösung. Der Bildverarbeitungscode, der in der Twincat-Laufzeit läuft, kann ohne Kommunikationsverzögerungen direkt mit der SPS interagieren, was die Zykluszeiten verbessert. Die Software wickelt allgemeine Bildverarbeitungsanforderungen über eine Programmiersprache ab, die dem Steuerungstechniker vertraut ist, was den Aufwand für die Entwicklung von Machine-Vision-Funktionen stark reduziert und den Einsatz eines Bildverarbeitungsspezialisten für die Programmierung überflüssig macht.
Zusammenspiel Vision & SPS
Twincat Vision bindet alle Bildverarbeitungsfunktionen direkt in die Laufzeit ein. Durch die Programmierung von Bildverarbeitungs- und Logiksteuerungsfunktionen auf derselben Engineering-Plattform wird sichergestellt, dass der Task-Zyklus den festen Refresh-Zeiten des Bildverarbeitungscodes entspricht. Zudem erfüllt die Hardware die daraus resultierenden Anforderungen an die Steuerungszykluszeit. In diesem Fall bietet ein Embedded-PC CX2072, ausgestattet mit einer Intel-Xeon-CPU (zwölf Cores) und einer separaten Grafikkarte, ausreichend Rechenleistung, um die datenintensive Bildverarbeitungsapplikation und alle anderen Funktionen umzusetzen. Da das Bildverarbeitungs- und das SPS-Programm auf der gleichen Softwareplattform ablaufen, ist kein zusätzlicher Zeitaufwand für die Kommunikation zwischen beiden erforderlich. Das nahtlose Zusammenspiel aller Tasks innerhalb der Echtzeitumgebung der Twincat-Runtime sorgt dafür, dass es keine Verzögerungen zwischen den Bildverarbeitungs- und Sortierfunktionen der Maschine gibt und der resultierende Anlagendurchsatz sehr hoch ist.
Die Bildverarbeitungsfunktionen der Weichkapsel-Inspektionsmaschinen umfassen die Erkennung und Bestimmung von Fehlern, wie z. B. abweichende Farben oder Formen, schwarze Flecken sowie Blasen. Die Twincat-Vision-Bibliothek bietet vorgefertigte Funktionsbausteine zur Bildvorverarbeitung, Farbunterscheidung, Erscheinungsbild- und Konturanalyse sowie Fleckenerkennung, die auf die Anforderungen einer Weichkapselprüfmaschine abgestimmt sind. Die offenen Templates ermöglichen dem Programmierer außerdem die Entwicklung individueller Bildverarbeitungsfunktionen für Kundenapplikationen.
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in inVISION 5 (Oktober) 10 Jahre inVISION 2022 - 28.09.22.Für weitere Artikel besuchen Sie www.invision-news.de
