客製化設備製造商 Lehnen Industrial Services 推出護唇膏灌裝設備時，沒想到這套高階系統竟引起了市場的廣泛關注。為了滿足市場需求，他們決定將機器進行標準化改造。Beckhoff 可擴展的控制技術為設備提供了必要的適應性。該公司表示，這套系統在小巧機身中整合多樣功能，成功填補了生命科學市場中的一項空缺。

Lehnen 成立於 2001 年，主要為生命科學領域的客戶提供服務。「我們的專長是為小面積的無塵室環境製造專用設備。這會涉及大量的優化設計作業，必須將眾多功能壓縮到狹小的空間內。」總裁 Peter Lehnen 表示。在公司造出第一台護唇膏灌裝系統時，他原本以為這會是唯一的一台。誠然，這款系統將一系列功能——容器裝載、並行灌裝、冷卻、封蓋、貼標與編碼，完全整合到同一台緊湊的設備中。儘管如此，這套系統不屬於現有的任何類別。「這類灌裝設備，要麼是低成本低速度的等級。要麼是高吞吐量的工業級別，每次安裝成本都高達數百萬美元。」Peter Lehnen 表示。「介於中間的需求幾乎沒提供什麼選擇。」

然而，當 Lehnen 公司在網路上發布 ProFill SF 系統的影片時，該公司立即收到潛在客戶的詢問，這些客戶正在尋求介於極初階和超高端之間的解決方案。當這家來自新罕布夏州基恩（Keene, New Hampshire） 的客製化設備製造商決定將這台機器打造成標準產品時，工程團隊面對了一項全新挑戰：那就是如何優化自動化平台並確保其能滿足未來需求。Lehnen 團隊感覺自己被傳統 PLC 平台困住，阻礙了創新的步伐。「在這個記憶體十分便宜的時代，價值 3,000 美元的 PLC 卻只有 4 MB 儲存空間，實在令人難以置信。很多時候，我們不得不從程式中刪除程式碼註解，才能釋放出足夠的字節。」軟體開發首席人員 Chris Lehnen 回憶道。「正是出於這個原因，以及對於 I/O 和運動軸數有不受限制的需求，我們才開始尋找更為先進的選擇。」

Lehnen 的團隊在 2015 年的一個貿易展會上第一次與 Beckhoff 接洽，但當時他們尚未準備好因應平台轉型，因為在受嚴格監管的生命科學產業，要轉型並不容易。在 2020 年許多供應商發生零組件供應困難時，他們發現 Beckhoff 的平台可透過零組件替換實現靈活的調整。基於這些因素，他們促使將一些客戶專案轉移給 Beckhoff，同時開始考慮製造標準化的灌裝系統。

靈活的自動化助力實現創新

ProFill 系統將所有加工步驟整合到一個尺寸僅有 11 呎 8 吋 x 5 呎 5 吋（308 x 142公分）的獨立裝置中。即使採用堅固的不銹鋼結構，這款攜帶式系統仍可憑藉腳輪輕鬆移動，只要有壓縮氣源和 240V 的交流電就能運作。此外，該設計也簡化了灌裝噴嘴頭的更換，利於清潔或產品轉換。

在標準系統的開發過程中，工程師希望設備能保持較小的佔地面積和高精度的灌裝功能，避免難以清潔的蠟狀液體滴落到輸送設備上。Lehnen 與 Beckhoff USA 的當地團隊（包括區域銷售工程師 Brian Buck 和應用工程師 Matt Kleven）合作，於 2023 年 1 月開始進行重新設計。

該系統使用 C6015 超緊湊工業電腦（IPC）作為其機械控制裝置。除了其極省空間的尺寸外，IPC 的記憶體範圍更達 40 至 320 GB。Beckhoff 的 CP3918 多點觸控控制面板即使在惡劣的生產環境中，也能實現如智慧型手機般直覺般的操作方式。

HMI、PLC 和運動控制程式設計都可以在 TwinCAT 3 自動化軟體中進行。TwinCAT 作為端到端的工程運行平台，透過靈活的程式碼編寫選項整合機器控制所需的所有功能。整合 Microsoft Visual Studio，讓工程師可利用最適合的程式語言，包括：

• 具備物件導向擴充的 IEC 61131-3 標準
• TwinCAT 庫中的自訂功能模組或數百種內建選項
• 資訊工程開發模式，例如用於創建 HMI 的 C#、C++、Python 和 HTML5 或 JavaScript

對於在購買前可免費在 TwinCAT 工程環境中試用軟體，Lehnen 團隊表達高度讚賞。「TwinCAT 提供了對 IEC 標準與物件導向程式設計的完整實作，這不同於其他廠商的平台，雖然技術上符合規範，但在應用上限制較多。這使我們能夠真正享有軟體開發的最佳實踐。」Chris Lehnen 表示。「此外，TwinCAT 還透過整合 Git，簡化原始碼的控制作業。因此，我們的軟體團隊可同時開發同一個程式以加快開發速度。」

「Lehnen 團隊充分利用我們提供的眾多軟體和硬體解決方案，包括透過 EtherCAT 實現的精準同步。」Brian Buck 說道。「對我而言，這項應用最為突出的特點，正是他們採用緊湊型 ELM7222 伺服驅動器。」 雙通道 48V DC 伺服放大器可直接安裝於 EtherCAT I/O 端內，除了寬度僅 30mm 的 EtherCAT 端子模組外，更同時具備系統連網所需的各種端子模組，例如高密度輸入輸出、類比溫度測量和熱電偶模組。

ELM72xx 系列伺服模組也支援單電纜技術（OCT），以最少的佈線工作量連接 Beckhoff 的 AM8100 伺服馬達。這些功能進一步縮小所需空間並簡化試運轉流程，同時確保高性能。

未來的擴增潛力無限

標準化的潤唇膏灌裝機保持其高性能與緊湊的佔地空間。系統每次可處理裝有 8 支灌裝管的托盤，每分鐘處理速度可達 60 支灌裝管。連續運作下，機器每天可以灌裝、封蓋、貼標籤和編碼 30,000 支灌裝管。

受益於 Beckhoff 緊湊空間的控制器、網路設備和伺服驅動硬體，該設備還釋出電控箱內部空間，預留供未來擴充功能之用。「除了擁有更好的整體系統之外，我們還大幅降低成本。」Peter Lehnen 說明。「在控制硬體方面，經由 Beckhoff 進行標準化後，我們省下大約 40% 的成本。」