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倍福高性能控制器在基因合成生产线上的省空间应用

  • 关键词:基因 自动化 倍福
  • 摘要:文中描述了IDT公司利用先进的M1 DNA合成器;合成器采用了基于PC和EtherCAT控制技术的倍福TwinCAT3自动化平台,提高了生产速度、精度,并提升了效率,而且方便后续的升级。

  合成核酸链被用于基因研究中。寡核苷酸或核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物。作为全球基因合成领域的领导者,美国Integrated DNA Technologies(IDT)公司在基因合成生产定制寡核苷酸领域提供了广泛合作和服务。IDT公司利用先进的M1 DNA合成器提高其生产速度、精度,并提升了效率,该合成器采用了基于PC和EtherCAT控制技术的TwinCAT3自动化平台。


CP3916 多点触控面板的连续玻璃面板具有出色的耐化学品性,甚至可以戴手套进行操作


  25年来,IDT一直为分子生物学研究制造和提供寡核苷酸。每天约有44,000个核酸序列离开公司的工厂,运送到世界各地的82,000多名客户那里。“基因研究应用涉及到的核酸类型非常复杂。这44,000个序列中的每个序列都是根据客户的具体要求定制而成的。”IDT公司资深科学家 Dan Brock说道:“就像雪花一样,我们所生产的每一个DNA序列都是独一无二的。”由于公司已经最大限度地精简了其制造工艺,当地时间下午1点前收到的大部分订单会在第二天上午送到客户手中。“IDT不仅因为其产能和速度而闻名—我们也注重产品质量和客户服务。”自动化工程师主管Owen Piette说道。“我们生产的每个核酸都必须经过一道完整的质量控制工序。”

  紧凑且高效:装有 TwinCAT3 软件的CX2020控制平台

  “在选择 M1 DNA 合成器的控制平台时,除了速度和是否物有所值外,我们特别看重系统是否可扩展,设计是否紧凑。”Owen Piette 说。因此,IDT 为其 M1 合成器采用了一台嵌入式控制器 CX2020 以及 TwinCAT 3 自动化软件平台。“与先前使用的解决方案相比,它涉及四个独立的合成器,每个都有其自己的控制器,我们现在使用的是一个统一的平台,显著降低了控制系统的硬件成本。”自动化专家补充说。

  “IDT 一直信赖微软的操作系统和工具。由于我们的大部分编程都在 .NET 中完成,Beckhoff 基于 Windows 的自动化平台非常适合我们,可以很轻松地在这个硬件上设计我们的系统。”Owen Piette 说到。“由于 TwinCAT 3 嵌入在Visual Studio® 中,因此它可以清晰的实现数据传输,简化了将系统集成到我们的 MES 系统中的过程。这里有一个很关键的要求,要考虑到我们的客户在应用中产生大量的数据点。由于我们为每一个合成都生成一个特殊的配方,这会产生大量的数据,强大的信息管理是我们生产过程成功的关键。

  基于EtherCAT的全面监控功能

  M1中的众多传感器,用于监控合成的每一个方面,会产生大量数据。这使得IDT科学家们能够严格根据客户要求定制生产核酸产品。IDT时时刻刻在监控化学品和试剂,以至于最小的反应细节。这确保所有进程都按照计划执行。“EtherCAT 微秒级的快速响应时间满足了我们这类监控所需的速度快和数据量大的要求。”IDT公司系统工程师Ryan Witt解释说。随后,他又进行了补充:“倍福的El系列EtherCAT I/O端子模块的实时数据传输量和高精度为我们的应用提供了一个无与伦比的监控功能。”

  Dan Brock还列出了其它一些好处:“我们可以在整个过程中更密切地监测反应,还可以准确地确定问题在何时以及何地发生。这几乎就像一个心电图。我们可以看到机器的心跳,以及确定任何不正常情况,并主动解决这些问题。通过EtherCAT进行实时监测,我们再也不用等到下游质量出现问题时才发现错误。这可以节省整个工艺时间。”


IDT公司资深科学家Dan Brock正在检查M1 DNA合成器的状态


  紧凑型解决方案占用空间小

  CX2020与一系列的EtherCAT I/O端子模块连接。例如,16通道高密度数字量输出端子模块EL2809,将控制器的二进制控制信号连接到过程层的执行器。在另一端,一组电气隔离EtherCAT数字输入端子模块EL1819负责接收和发送信号。模拟量端子模块EL3068和EL4008具有连接各自现场总线设备的接口。用于登录和授权的条形码扫描仪通过串行接口端子模块EL6002连接。“EtherCAT I/O系统是一款占用空间非常小的紧凑型解决方案。”Ryan Witt说道。“我们现在可以在以前只能容纳两台设备的空间内安装四台合成器。”Owen Piette提到另一个优点:“有了中央控制器,我们能够减少令人印象深刻的66%的合成容器组装时间。”

  一台具有15.6英寸显示屏的CP3916多点触控面板用作紧凑型合成器的HMI。由于显示屏的玻璃面板具有出色的耐化学品性,非常适用于我们的合成过程。用户甚至能够戴着手套进行操作。”Dan Brock解释道。


一台直接连接I/O端子模块且安装有TwinCAT 3自动化软件的CX2020嵌入式控制器用作M1合成器的中央处理器


  为未来扩展做好准备

  “总的来说,基于PC的控制与EtherCAT将性价比和灵活性很好地结合在一起。”Owen Piette 强调道。“与其它控制系统相比,倍福的中央控制系统为IDT每个系统节约了约4500美元,因为我们不需要给我们M1中的4个合成器的每一个都单独购买一台PLC。”自动化专家也指出了基于PC的解决方案的投资保护:“PC平台的灵活性和可扩展性让我们能够轻松升级系统。在未来当我们的一个科学家要求进行加强或改进时,与以前相比,实施工作将更轻松且更节约时间。”


发布时间:2016年12月1日 15:36  人气:   审核编辑(李晨晖)
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