Modulare Anlagenlösungen verkürzen Time-to-Market in der Pharmaindustrie

Nicht erst seit der Corona-Pandemie stehen Unter­nehmen der Pharma- und Biotechbranche vor der Heraus­forderung, Wirkstoffe möglichst schnell zu entwickeln, zuzulassen und in großem Maßstab zu produzieren. Geschwindigkeit ist gefordert, da der Patentschutz für Medikamente nach 20 Jahren ausläuft. Für Einnahmen mit Produkten, die auf dem Patent beruhen, bleibt allerdings nur ein Teil der Zeit, denn von der Patenterteilung bis zum marktfähigen Produkt vergehen meist viele Jahre. Es gilt daher, möglichst früh nach der Zulassung eines Medikaments Produkte am Markt verfügbar zu haben. Der gesamte Prozess von der Entwicklung bis zum verkaufsfähigen Produkt in der Apotheke dauert in der Regel rund zwölf Jahre. Die Unternehmen müssen bereits mit dem Aufbau von Produktionskapazitäten beginnen, bevor die endgültige Zulassung für ein Medikament erteilt wurde. Wird die Zulassung nicht erteilt, bleibt das Unternehmen auf den Produktionsanlagen sitzen und muss diese wieder für viele Millionen Euro umrüsten.  

Viel häufiger jedoch ist der Fall, dass die Zulassung bereits erteilt wurde, das Werk aber aufgrund von Verzögerungen beim Aufbau der Produktionsstrecke nicht direkt mit der Produktion beginnen kann. Dann geht das Medikament in die sogenannte Overtime. Ein Umstand, der sehr kostspielig ist. Einen Ausweg aus diesem Dilemma – oder zumindest einen milderen Verlauf – erhoffen sich Integratoren und Anlagenbauer durch einen schnelleren Aufbau von Produktionskapazitäten. Da jede Anlage zumeist individuell ausgelegt ist, dauern Engineering-Zeiten wie auch Inbetriebnahme und Tests häufig zu lang.  

Standardisierung verkürzt Time to Market  

Modulare Anlagenkonzepte versprechen eine Beschleunigung und eine bessere Planbarkeit dieser Projektabschnitte. Denn viele Anlagenteile oder Maschinen in der Biopharmabranche sind prinzipiell standardisierbar – vom Upstream mit Bioreaktoren und Filtriereinheiten, über den Midstream mit Zentrifugen, Mikrofiltrier- und Ultrafiltereinheiten bis hin zum Downstream. Wenn alle diese Einheiten wie Bausteine mit standardisierten Schnittstellen zu einer Gesamtanlage zusammengefügt werden, können sowohl die Dauer des Engineerings, die eigentliche Fertigung wie auch die Inbetriebnahme erheblich verkürzt werden.  

Hürden auf dem Weg zur Standardisierung und zur Modularisierung sind oft unterschiedliche Netzwerkprotokolle der Endkunden. Sie erfordern meist den Einsatz unterschiedlicher I/O-Komponenten, Aktoren und Sensoren, was wiederum erhöhten Aufwand im Engineering, in der E-Planung und schlussendlich auch in der Lagerhaltung verursacht.  

TURCK bietet mit seinen Multiprotokoll-Ethernet-I/O- und Steuerungsmodulen effiziente Lösungen an, die ohne Eingriff des Anwenders in Profinet, Ethernet/IP oder Modbus TCP eingesetzt werden können. Die Geräte erkennen selbst, welches Protokoll im Netzwerk gesprochen wird und stellen sich darauf ein. Der Maschinenbauer kann Geräte dieses Standards daher unabhängig vom Netzwerk des Endkunden verbauen.  

Offline-Tests verkürzen Inbetriebnahme 

Eine weitere Beschleunigung erreichen Maschinenbauer durch Tests der Maschinenmodule bzw. Skids bereits in der eigenen Produktion. Die sogenannten Factory Acceptance Tests (FAT) können mit der integrierten Steuerungsfunktionen der TBEN-I/O-Module auch offline, also ohne Verbindung zur späteren Anlagensteuerung durchgeführt werden. TURCKs I/O-Komponenten ermöglichen durch ihre integrierte Logiksoftware ARGEE eine Simulation des Live-Betriebs, indem die Inputs angeschlossener Maschinen simuliert werden. Wenn die Möglichkeiten der I/O-Module mit ARGEE nicht ausreichen, bietet TURCK mit seiner IP67-Steuerung TBEN-PLC eine vollwertige, mit Codesys 3 programmierbare Steuerung, die ebenfalls die drei Protokolle des Multiprotokoll-Standards unterstützt. 

IP67-Komponenten und Schnellsteckverbinder reduzieren Verdrahtungsaufwand 

Auch die hohe Schutzart der TBEN-Familie trägt zur beschleunigten Inbetriebnahme der Anlagen bei. Dank IP67 können Aufbau und Verdrahtung großer Schaltschränke auf ein Minimum reduziert werden. In Verbindung mit Schnellsteckverbindern müssen vor Ort prinzipiell nur noch Prozessanschlüsse, Spannungsversorgung und Netzwerkleitungen verbunden werden. Realistischerweise sind selten alle Komponenten in IP67 verfügbar, dennoch wird der Schaltschrankbau erheblich verkürzt oder kann zu großen Teilen vorkonfektioniert erfolgen. Mit TURCKs neuen IP67-Netzteilen PSU67 sind auch für die Stromversorgung keine Schaltkästen mehr erforderlich. 

Multiprotokoll-I/O-Systeme für alle Zonen, Schutzarten, Verfügbarkeiten 

Die TURCK-Multiprotokoll-Gerätefamilie ist über die Jahre immer weiter ausgebaut worden. So finden Kunden, die die Flexibilität eines modularen Systems wünschen, mit BL20 und BL67 ebensolche System­lösungen zum Einbau im Schaltschrank oder direkt im Feld. Wenn I/O-Blocks benötigt werden, bietet TURCK mit der TBEN-Familie Geräte zur schaltranklosen Montage direkt an der Maschine oder mit der FEN20-Reihe I/O-Blocks zum Einbau in Schutzgehäusen.  

Wenn eine Applikation in Ex-Bereichen höchste Verfügbarkeit und Konfigurationsmöglichkeiten im laufenden Betrieb erfordert, wählen Anwender ein System der excom-Familie, die mit den jüngsten Ethernet-Gateways auch die drei Multiprotokoll-Netzwerke unterstützen – sowohl als System zur Montage in Zone 2 oder als N-Serie zur Montage im sicheren Bereich. 

Modbus TCP als Parallel-Kanal für Diagnosedaten 

Die Multiprotokoll-Fähigkeiten der Geräte bieten neben der Variantenreduktion und der einfachen Standardisierung und Modularisierung weitere Vorteile: So können die Geräte über Modbus TCP auch parallel zur Ethernet-Kommunikation über Profinet oder Ethernet/IP zum Datenzugriff genutzt werden. Über diesen Kanal lassen sich Nutzdaten und Analysedaten leicht in ausgelagerte IT-Systeme abzweigen und unabhängig vom Anlagenbetrieb zu Diagnose und Monitoringzwecken auswerten.  

IO-Link und RFID zur automatischen Skid-Identifikation 

Insbesondere für mobile Einheiten, die an unterschiedlichen Punkten in der Anlage eingesetzt werden, ist es ratsam – und meist auch durch Zertifizierungsrichtlinien oder Gesetze vorgeschrieben – zu dokumentieren, wann und wo sie eingesetzt wurden. Mit IO-Link oder RFID lässt sich der Einsatz von Maschinenmodulen einfach, aber zuverlässig und manipulationssicher identifizieren und dokumentieren. Falls die Module ohnehin IO-Link-Komponenten nutzen, ist über den Application Specific Tag dieser Komponenten die gesamte Maschine identifizierbar. Über IO-Link können darüber hinaus auch Diagnosedaten zur vorausschauenden Wartung kommuniziert werden. Viele Komponenten bieten diese Option bereits ab Werk, ohne aufwendige Programmierung. Eine erhöhte interne Gerätetemperatur oder eine verringerte Signalstärke kündigen frühzeitig Verschleiß, Verschmutzung oder andere Probleme an. Wenn keine IO-Link-Komponenten genutzt werden, können RFID-Datenträger über ihre UID zur Identifikation der Module genutzt werden. Die UID ist eine eindeutige einmalige Identifikationsnummer der Datenträger, die nach der Herstellung nicht geändert werden kann. Zur Identifikation in explosionsgeschützten Bereichen bietet TURCK als einziger Hersteller am Markt RFID-Schreib-Lesegeräte der Schutzklasse Ex-e an, die ohne Schutzgehäuse direkt in Ex-Zone 1/21 eingesetzt werden können. 

Modbus TCP als Parallel-Kanal für Diagnosedaten 

Die Multiprotokoll-Fähigkeiten der Geräte bieten neben der Variantenreduktion und der einfachen Standardisierung und Modularisierung weitere Vorteile: So können die Geräte über Modbus TCP auch parallel zur Ethernet-Kommunikation über Profinet oder Ethernet/IP zum Datenzugriff genutzt werden. Über diesen Kanal lassen sich Nutzdaten und Analysedaten leicht in ausgelagerte IT-Systeme abzweigen und unabhängig vom Anlagenbetrieb zu Diagnose und Monitoringzwecken auswerten.  

IO-Link und RFID zur automatischen Skid-Identifikation 

Insbesondere für mobile Einheiten, die an unterschiedlichen Punkten in der Anlage eingesetzt werden, ist es ratsam – und meist auch durch Zertifizierungsrichtlinien oder Gesetze vorgeschrieben – zu dokumentieren, wann und wo sie eingesetzt wurden. Mit IO-Link oder RFID lässt sich der Einsatz von Maschinenmodulen einfach, aber zuverlässig und manipulationssicher identifizieren und dokumentieren. Falls die Module ohnehin IO-Link-Komponenten nutzen, ist über den Application Specific Tag dieser Komponenten die gesamte Maschine identifizierbar. Über IO-Link können darüber hinaus auch Diagnosedaten zur vorausschauenden Wartung kommuniziert werden. Viele Komponenten bieten diese Option bereits ab Werk, ohne aufwendige Programmierung. Eine erhöhte interne Gerätetemperatur oder eine verringerte Signalstärke kündigen frühzeitig Verschleiß, Verschmutzung oder andere Probleme an. Wenn keine IO-Link-Komponenten genutzt werden, können RFID-Datenträger über ihre UID zur Identifikation der Module genutzt werden. Die UID ist eine eindeutige einmalige Identifikationsnummer der Datenträger, die nach der Herstellung nicht geändert werden kann. Zur Identifikation in explosionsgeschützten Bereichen bietet TURCK als einziger Hersteller am Markt RFID-Schreib-Lesegeräte der Schutzklasse Ex-e an, die ohne Schutzgehäuse direkt in Ex-Zone 1/21 eingesetzt werden können.