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 © Xin Hang Cheng
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2022年7月4日

TwinCAT Vision 助力软胶囊检测设备的性能优化与升级

质量控制系统的一体化水平迈向新高度

鑫航成从事开发高品质、高标准的医药加工设备已有 30 多年的历史,他们开发的最新一代软胶囊检测设备采用了倍福基于 PC 的控制技术和 TwinCAT 3 软件平台,将 PLC、运动控制、机器视觉和 HMI 功能集成在一个统一的、结构精简的控制平台中。

中国拥有利用中草药及其它天然成分手工制作药品的悠久历史传统,而北京鑫航成科技发展有限公司(简称鑫航成)始终致力于在传统医学和现代医学之间架起一座桥梁,不断努力研发高品质、高标准的医药加工设备,生产出更高质量的药品。鑫航成公司总部位于河北省廊坊市,他们凭借创新的技术和解决方案,在软胶囊医药设备领域拥有很强的竞争力。

软胶囊指通过不同的工序填充、封包一定量的液体原料药物而制成的一种胶囊剂,它总是通过同一个固定的步骤,将重要的药物成分(如维生素溶液)安全地封装于药用明胶制成的软质囊壳中。软胶囊剂的使用和摄入方便,深受药品、化妆品和营养补充剂市场青睐。最终检验确保最后成品的外观色泽一致、圆整均匀,并剔除有气泡或表面有颗粒杂质的瑕疵品。

  通过 TwinCAT Vision 和 TwinCAT HMI 实现的高度集成化的软胶囊检测机。
通过 TwinCAT Vision 和 TwinCAT HMI 实现的高度集成化的软胶囊检测机。

鑫航成成功研制了国内第一台全自动高速软胶囊机和第一台高效履带式全自动软胶囊干燥机。鑫航成始终坚持“精益求精,创新无限”的企业宗旨,特别关注新技术和革新技术的应用。从 2015 年开始,鑫航成引入倍福基于 PC 的控制技术和 TwinCAT 3 自动化软件作为主要的控制平台。2020 年,鑫航成率先在软胶囊检测行业中采用倍福的 TwinCAT Vision 功能,推出了高度集成化的控制解决方案。

最新一代软胶囊检测设备采用倍福软件平台,将 TwinCAT HMI、TwinCAT PLC 和 TwinCAT Vision 等所有功能无缝集成在一个统一的平台中,极大地简化了控制架构,提高了设备的一体化程度。该控制方案具有结构简洁、智能化程度高、速度快、精度高的特点,在 2021 年全国药机展览会展出后,引起了广泛的关注。

TwinCAT 平台集成机器视觉功能

TwinCAT Vision 将机器视觉功能集成在 Runtime 中执行。在同一个开发平台上对图像处理和逻辑控制功能进行编程,确保任务周期与图像处理代码的固定刷新时间一致。此外,所选择的硬件平台满足了由此产生的控制节拍需求。在这个项目中,一台搭载 Intel® Xeon® 处理器(12 核)并配备独立显卡的 CX2072 嵌入式控制器为实现数据密集型图像处理应用等所有功能提供了充足的计算能力。

由于机器视觉程序与 PLC 逻辑控制程序都运行在同一个软件平台中,因此,不需要额外的通信时间开销。所有任务在 TwinCAT Runtime 实时环境中的无缝交互确保设备的图像处理和分拣功能之间不会出现任何通信延迟,大幅提升了系统的吞吐量。

一台性能强大的 CX2072 嵌入式控制器用作鑫航成开发的高速软胶囊检测机的一体化控制平台。
一台性能强大的 CX2072 嵌入式控制器用作鑫航成开发的高速软胶囊检测机的一体化控制平台。

软胶囊检测设备的机器视觉功能涉及到对软胶囊产品的异色、异形、黑点、气泡等瑕疵的检测判断。TwinCAT 视觉库提供了对于图像预处理、颜色区分、外观轮廓分析、斑点检测等功能,可以很好地满足软胶囊检测设备的需求。通过开放式模板还能针对客户应用开发单独的图像处理功能。

机器视觉操作与 PLC 人机交互集成在统一的 HMI

传统的机器视觉有一个独立于 PLC 的控制系统,为了操作方便,机器视觉通常会有一个操作界面,因此,需要两台独立的 HMI 来同时操作机器视觉系统和 PLC 控制器,这必然带来了操作上的不便。

另一方面,通过 TwinCAT HMI 能够将集成的 PLC 和图像处理功能的可视化整合到同一个用户界面中,进一步简化了开发过程。同时,由于设备不再需要配备两个独立的控制平台和两台显示设备,进一步降低了硬件成本。该项目中使用的是操作非常便利的倍福 CP2919 多点触控控制面板。

总结

TwinCAT Vision 图像处理解决方案有别于传统的机器视觉解决方案,它可以与 PLC 和 HMI 功能完美结合在一起。一体化的设计可以极大地简化系统架构,为客户提供更为简洁灵活的解决方案。运行在 TwinCAT Runtime 中的视觉代码可与 PLC 直接交互数据,无通信延迟,从而有效地利用控制器的资源,提高控制系统的节拍。TwinCAT Vision 以普通电气工程师熟悉的编程语言处理常见的视觉需求,显著减少了机器视觉功能的开发工作量,编程工作也不再需要由图像处理工程师完成。

硬件成本的节约和开发工作的简化,使得鑫航成能够向制药企业提供价格具有竞争力的高端高速检测解决方案。

随着 PC 技术的不断发展,倍福 PC 控制器性能的提高以及更多新的视觉功能的扩展,TwinCAT Vision 必将越来越多地应用于各种机器视觉场景中。