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Beckhoff Automation

Engelhard Arzneimittel es uno de los principales fabricantes de marca en el ámbito de los medicamentos sin receta. Sus conocidos productos, entre los que se encuentra el medicamento para la tos Prospan, se venden en más de cien países de todo el mundo. La empresa farmacéutica ha construido un nuevo edificio de producción e instalaciones de producción de líquidos, sentando las bases para una producción sostenible, con el apoyo de la tecnología de control basada en PC y de los ingenieros de aplicaciones de Beckhoff.

150 años después de su fundación en Fráncfort del Meno en 1872, Engelhard Arzneimittel sigue siendo una empresa familiar, ahora en su quinta generación de propietarios. En su sede de Niederdorfelden, cerca de Fráncfort, trabajan unas 450 personas, de las que unas 100 se dedican a la producción. En 2019, Engelhard hizo frente al inmenso aumento de la demanda que estaba experimentando con la construcción de dos nuevos edificios, uno para la administración y otro para la producción. La eficiencia y la sostenibilidad se encontraban entre las prioridades del proceso de planificación de los edificios. Terminado en el verano de 2020 y con una superficie de unos 10.000 m², la huella energética del edificio de producción está por debajo del máximo estipulado por la norma KfW 55 para los nuevos edificios en Alemania y, lo que es más, las nuevas instalaciones de producción de líquidos se alimentan íntegramente con electricidad verde. La empresa también tiene su propio sistema fotovoltaico que aporta alrededor del 20 % de la electricidad necesaria.

Como jefe de ingeniería de Engelhard Arzneimittel, Rüdiger John es responsable del proyecto de automatización en su conjunto, desde la planificación de la producción de líquidos hasta su implementación y puesta en marcha, y trabaja con el apoyo del departamento de ingeniería de sistemas de Beckhoff. «Incluso cuando empezamos a utilizar la tecnología de Beckhoff en nuestra antigua planta, allá por 2014, me encantó la flexibilidad que aportaba la tecnología de control basada en PC», afirma John, que también alaba el carácter cooperativo del trabajo que ha realizado con Stefan Maßmann, Andreas Wieners y Jürgen Bolte, de ingeniería de sistemas de Beckhoff.

La planta de producción de Niederdorfelden está diseñada para la fabricación de todos los productos farmacéuticos líquidos. «Se encarga del jarabe para la tos Prospan y de otros líquidos, que añadimos a formatos de envasado como pequeñas bolsas, y también la utilizamos para producir pastillas para la tos», dice John, explicando la gama que cubre la planta. Además, los productos de Engelhard incluyen enjuagues bucales para dentistas, como la clorhexidina, y suspensiones para bebés, como Velgastin. «Actualmente estamos analizando si tendría sentido producir también estos productos en la planta», comenta John. Cada vez que la producción cambia a un nuevo producto, se ponen en marcha ciclos de limpieza intensiva, y aquí es donde entra en juego una de las primeras características especiales de la planta. «Hemos creado los distintos ciclos de limpieza, así como las recetas para la producción de líquidos en el control TwinCAT, y posteriormente se ponen en práctica en el sistema de gestión de recetas, que funciona sobre una interfaz de usuario de TwinCAT», afirma Stefan Maßmann, que ha estado trabajando con Andreas Wieners y Jürgen Bolte para proporcionar apoyo al proyecto de automatización desde sus etapas iniciales de planificación.

Jarabe para la tos, gotas y líquidos

En Niederdorfelden, Engelhard produce y envasa productos farmacéuticos para el mercado mundial. Las capacidades de almacenamiento y producción de la nueva planta de producción están diseñadas para reflejar esta escala: sólo los cinco depósitos de lotes ocupan dos contenedores con un volumen de 10.000 l cada uno y tres contenedores de 5.000 l cada uno. También hay depósitos adicionales para sustancias básicas y almacenamiento intermedio. Esta área de producción utiliza principalmente módulos EtherCAT con grado de protección IP67 que recogen numerosas señales de los sensores y actuadores.

Para garantizar el buen funcionamiento de los procesos, Rüdiger John confía en la tecnología de control basada en PC de Beckhoff, debido en gran parte a su experiencia durante la construcción de la propia nave de producción. En este caso, Elektro Beckhoff (una empresa del grupo Beckhoff) llevó a cabo la mayor parte de los trabajos de planificación e instalación eléctrica, algo que, según Andreas Wieners, «simplificó enormemente el trabajo que nos suponía integrar los equipos técnicos del edificio en nuestra automatización de procesos».

Para ilustrarlo, utiliza el ejemplo de la producción de jarabe para la tos, que requiere procesos de calentamiento y de enfriamiento. Los grupos que se utilizan para ello están situados en el tejado o en el sótano y están conectados a la planta mediante intercambiadores de calor. Como es lógico, proporcionan también aire acondicionado en las propias salas de producción y en las oficinas. Dominar este juego de equilibrios no es fácil. «Durante el proceso de diseño y optimización de la ingeniería de control, ha sido y sigue siendo una ventaja que los distintos sistemas técnicos estén automatizados con el control basado en PC, incluido TwinCAT», afirma Andreas Wieners. Rüdiger John añade: «A excepción de algunos componentes pequeños y en los subgrupos, toda la tecnología de control en la producción proviene de Beckhoff, incluyendo el software y la ingeniería».

Este puede ser un resumen rápido de los equipos, pero las unidades y grupos implicados constituyen de hecho una estructura respetablemente numerosa: para dar una idea de la escala, la automatización del proceso incluye 335 accionamientos (válvulas y actuadores neumáticos), 17 bombas y agitadores, además de unos 240 puntos de medición (de presión y de temperatura, así como caudalímetros másicos, caudalímetros ultrasónicos, sensores de nivel, etc.) y 13 calefactores de trazado. También están integrados en la tecnología subgrupos como el suministro de agua purificada, la transferencia de producto a través de cuatro sistemas de raspado de tuberías, el tratamiento de aguas residuales, un sistema central de escape, un suministro de nitrógeno y argón y el almacenamiento de etanol, necesario para producir pastillas para la tos a base de alcohol. En esta parte de la planta se utilizan numerosos terminales EtherCAT de la serie ELX para aplicaciones de protección contra explosiones que cubren una amplia gama de variables de proceso. Toda la tecnología de control está conectada en red a través de EtherCAT y de varios terminales de E/S distribuidos en varios armarios de control y módulos EtherCAT con grado de protección IP67. En total, en Engelhard hay instalados unos 460 esclavos EtherCAT, incluidos varios maestros IO-Link para la integración de cabezales de lectura/escritura RFID.

La fiabilidad de los procesos y la calidad del producto son lo primero

Rüdiger John destaca el sistema de supervisión por vídeo integrado en los depósitos como una de las características más destacadas: «Esto nos permite controlar la formación de espuma en los depósitos y comprobar la plausibilidad de los niveles de llenado sin tener que abrir los depósitos». De este modo se evita la contaminación de los productos farmacéuticos. Un total de 16 cámaras más la iluminación están integradas en el sistema de visualización de la planta, que funcionan sobre una interfaz de usuario de TwinCAT. Cada operador, si lo necesita, puede acceder a las imágenes en directo de alguno de los 16 paneles de control y PC de panel Beckhoff distribuidos por la planta. Rüdiger John hizo instalar un panel de control CP3716-1076 directamente en la oficina de dirección de equipos. «Esto le brinda al persona ejecutivo un acceso total desde la oficina sin necesidad de conectar el sistema informático de la misma a la red de producción», explica el jefe de ingeniería.

Cada puesto de operador cuenta con un lector RFID que los trabajadores de producción deben utilizar para iniciar sesión en el sistema antes de realizar cualquier acción. Además, los chips RFID de los operarios se han reequipado con ASIC de RMD para que sean compatibles con el sistema que controla el acceso al edificio. «Las etiquetas no sólo permiten que los empleados se registren en los puestos de operador y reciban sus autorizaciones, sino que también permiten el acceso al edificio y a las zonas de producción aprobadas para los empleados», nos cuenta John.

En colaboración con Stefan Maßmann, Andreas Wieners y Jürgen Bolte, Rüdiger John definió un total de diez perfiles de usuario en función de las tareas asociadas a cada uno de ellos y los implementó en la interfaz de usuario de TwinCAT. Los perfiles abarcan desde empaquetadores y operadores de planta hasta ingenieros de sistemas y técnicos de laboratorio.

Estación manual de mangueras integrada en el sistema de control

En cuanto a la seguridad, Rüdiger John ha ideado algo particularmente especial para una zona sensible de la planta: la estación de mangueras. Aunque todo lo demás está casi completamente automatizado, en este caso los distintos contenedores se siguen conectando manualmente mediante conexiones de manguera. Es otra área en la que los ingenieros de automatización confían en la tecnología RFID, ya que ésta proporciona una forma fiable de detectar las mangueras mal conectadas o si falta algún cierre. Las etiquetas en cada manguera y los lectores RFID en las conexiones de las conducciones permiten identificar de forma única todos los componentes y su posición en el proceso, lo que garantiza la consistencia en la calidad y el control de procesos.

Para cada proceso de producción, los sistemas de visualización y control memorizan todas las conexiones de manguera que los empleados deben realizar manualmente de forma similar a las instrucciones de una receta («tome la manguera 5 y úsela para conectar las boquillas cuatro y ocho», por ejemplo). Sólo cuando todas las mangueras (etiquetas) están situadas en las boquillas correctas (lectores RFID), TwinCAT permite el siguiente paso del proceso: por ejemplo, el bombeo de un lote a los depósitos de almacenamiento para las conducciones de llenado y envasado una planta más abajo. «Podemos incluso utilizar las etiquetas de las mangueras para hacer comprobaciones y asegurarnos de que sólo utilizamos mangueras adecuadas para los líquidos empleados y que se han limpiado previamente», explica Stefan Maßmann. Si un empleado comete un error durante la realización de las conexiones, TwinCAT lo reconoce inmediatamente por el uso de un identificador de etiqueta no válido e interrumpe el paso del proceso hasta que el empleado haya realizado y confirmado la conexión de manguera correcta.

Está previsto instalar algunos de los 50 lectores RFID en la estación de mangueras. «Queremos abordar esta cuestión en un futuro próximo», declara Rüdiger John, mirando hacia las próximas etapas de ampliación de la producción. Su hoja de ruta también incluye áreas como vincular la planificación de la producción con las campañas y las previsiones de demanda del sistema ERP del nivel superior. «En algún momento, queremos implantar recetas desde SAP», añade John, explicando una de las formas previstas de la ampliación. En su opinión, la plataforma de control abierta y flexible basada en PC también contribuirá a que esta integración sea muy sencilla.

www.beckhoff.com