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合成核酸鏈被用于基因研究中。寡核苷酸或核酸是由許多核苷酸聚合成的生物大分子化合物。作為全球基因合成領域的領導者，美國Integrated DNA Technologies（IDT）公司在基因合成生產定制寡核苷酸領域提供了廣泛合作和服務。IDT 公司利用先進的 M1 DNA 合成器提高其生產速度、精度，并提升了效率，該合成器采用了基于 PC 和 EtherCAT控制技術的TwinCAT 3自動化平臺。

CP3916 多點觸控面板的連續玻璃面板具有出色的耐化學品性，甚至可以戴手套進行操作

25 年來，IDT 一直為分子生物學研究制造和提供寡核苷酸。每天約有 44,000 個核酸序列離開公司的工廠，運送到世界各地的 82,000 多名客戶那里。“基因研究應用涉及到的核酸類型非常復雜。這 44,000 個序列中的每個序列都是根據客戶的具體要求定制而成的。”IDT 公司資深科學家 Dan Brock 說道：“就像雪花一樣，我們所生產的每一個 DNA 序列都是獨一無二的。”由于公司已經最大限度地精簡了其制造工藝，當地時間下午 1 點前收到的大部分訂單會在第二天上午送到客戶手中。“IDT 不僅因為其產能和速度而聞名 — 我們也注重產品質量和客戶服務。”自動化工程師主管 Owen Piette 說道。“我們生產的每個核酸都必須經過一道完整的質量控制工序。” 

緊湊且高效：裝有 TwinCAT 3 軟件的 CX2020控制平臺

“在選擇 M1 DNA 合成器的控制平臺時，除了速度和是否物有所值外，我們特別看重系統是否可擴展，設計是否緊湊。”Owen Piette 說。因此，IDT 為其 M1 合成器采用了一臺嵌入式控制器 CX2020 以及 TwinCAT 3 自動化軟件平臺。“與先前使用的解決方案相比，它涉及四個獨立的合成器，每個都有其自己的控制器，我們現在使用的是一個統一的平臺，顯著降低了控制系統的硬件成本。”自動化專家補充說。

“IDT 一直信賴微軟的操作系統和工具。由于我們的大部分編程都在 .NET 中完成，Beckhoff 基于 Windows 的自動化平臺非常適合我們，可以很輕松地在這個硬件上設計我們的系統。”Owen Piette 說到。“由于 TwinCAT 3 嵌入在Visual Studio? 中，因此它可以清晰的實現數據傳輸，簡化了將系統集成到我們的 MES 系統中的過程。這里有一個很關鍵的要求，要考慮到我們的客戶在應用中產生大量的數據點。由于我們為每一個合成都生成一個特殊的配方，這會產生大量的數據，強大的信息管理是我們生產過程成功的關鍵。

基于 EtherCAT 的全面監控功能

M1 中的眾多傳感器，用于監控合成的每一個方面，會產生大量數據。這使得 IDT 科學家們能夠嚴格根據客戶要求定制生產核酸產品。IDT 時時刻刻在監控化學品和試劑，以至于最小的反應細節。這確保所有進程都按照計劃執行。“EtherCAT 微秒級的快速響應時間滿足了我們這類監控所需的速度快和數據量大的要求。”IDT 公司系統工程師 Ryan Witt 解釋說。隨后，他又進行了補充：“倍福的 El 系列 EtherCAT I/O 端子模塊的實時數據傳輸量和高精度為我們的應用提供了一個無與倫比的監控功能。”

Dan Brock 還列出了其它一些好處：“我們可以在整個過程中更密切地監測反應，還可以準確地確定問題在何時以及何地發生。這幾乎就像一個心電圖。我們可以看到機器的心跳，以及確定任何不正常情況，并主動解決這些問題。通過 EtherCAT 進行實時監測，我們再也不用等到下游質量出現問題時才發現錯誤。這可以節省整個工藝時間。”

IDT 公司資深科學家 Dan Brock 正在檢查 M1 DNA 合成器的狀態

緊湊型解決方案占用空間小

CX2020 與一系列的 EtherCAT I/O 端子模塊連接。例如，16 通道高密度數字量輸出端子模塊 EL2809，將控制器的二進制控制信號連接到過程層的執行器。在另一端，一組電氣隔離 EtherCAT 數字輸入端子模塊 EL1819 負責接收和發送信號。模擬量端子模塊 EL3068 和 EL4008 具有連接各自現場總線設備的接口。用于登錄和授權的條形碼掃描儀通過串行接口端子模塊 EL6002 連接。“EtherCAT I/O 系統是一款占用空間非常小的緊湊型解決方案。”Ryan Witt 說道。“我們現在可以在以前只能容納兩臺設備的空間內安裝四臺合成器。”Owen Piette 提到另一個優點：“有了中央控制器，我們能夠減少令人印象深刻的 66 % 的合成容器組裝時間。”

一臺具有 15.6 英寸顯示屏的 CP3916 多點觸控面板用作緊湊型合成器的 HMI。由于顯示屏的玻璃面板具有出色的耐化學品性，非常適用于我們的合成過程。用戶甚至能夠戴著手套進行操作。”Dan Brock 解釋道。

一臺直接連接 I/O 端子模塊且安裝有 TwinCAT 3 自動化軟件的 CX2020 嵌入式控制器用作 M1 合成器的中央處理器

為未來擴展做好準備

“總的來說，基于 PC 的控制與 EtherCAT 將性價比和靈活性很好地結合在一起。”Owen Piette 強調道。“與其它控制系統相比，倍福的中央控制系統為 IDT 每個系統節約了約 4500 美元，因為我們不需要給我們 M1 中的 4 個合成器的每一個都單獨購買一臺PLC。”自動化專家也指出了基于 PC 的解決方案的投資保護：“PC 平臺的靈活性和可擴展性讓我們能夠輕松升級系統。在未來當我們的一個科學家要求進行加強或改進時，與以前相比，實施工作將更輕松且更節約時間。”