Beckhoff Automation
Gestión centralizada de la automatización de edificios y producción con tecnología de control basada en PC.
Gracias a un gemelo digital completo, Pollmann, líder mundial en cinemática de techos solares y cerraduras electromecánicas de puertas, pudo diseñar virtualmente su última fábrica en Vitis, Austria. Los diseñadores del proyecto, los instaladores y el propietario del edificio colaboraron estrechamente y utilizaron las cifras principales proyectadas para ejecutar los procesos reales en 3D, realizar las optimizaciones más relevantes e implementar todos los procesos de forma coherente utilizando la tecnología de control basada en PC de Beckhoff.
Fundada en 1888 por Franz Pollmann, la empresa comenzó como un negocio artesanal de fabricación de instrumentos mecánicos de precisión y relojes en la ciudad austriaca de Karlstein. Más de 130 años después, Pollmann sigue haciéndose un nombre como desarrollador y fabricante de productos innovadores. Sin embargo, en la actualidad, la empresa es experta en componentes mecatrónicos de gran complejidad para la industria del automóvil y, de hecho, Pollmann está considerado líder de mercado en cinemática de techos solares y carcasas electromecánicas de cerraduras de puertas. «Por eso, prácticamente todas las marcas de automóviles del mundo confían en nuestros montajes para sus vehículos», señala Robert Pollmann, de la cuarta generación de socios directores de Pollmann International GmbH. Y así, para responder a la demanda en constante aumento de los servicios de la empresa, en 2018/2019 se inició la planificación y construcción de una nueva planta en Vitis. «Pollmann 2.0 forma parte de nuestro avance hacia la Industria 4.0, por lo que todas las partes implicadas teníamos muy claro que queríamos que la instalación completa fuera de última generación. Era esencial para nosotros poder contar con la máxima eficiencia en logística interna y la capacidad de ampliación modular del edificio en su conjunto», explica Robert Pollmann, describiendo las altas exigencias impuestas a sus socios en el proyecto: Peneder, Stiwa y Beckhoff.
Red inteligente de ingeniería mecánica e industrial
En el mundo de la ingeniería mecánica, es ya una práctica habitual el uso de modelos 3D para el diseño y la simulación. En los sectores de la arquitectura y la automatización de edificios, en cambio, solo hay unos pocos pioneros visionarios que impulsan constantemente el uso de gemelos digitales en la planificación y ejecución de nuevos proyectos. Entre estos pioneros se encuentran Peneder Bau-Elemente GmbH y el Grupo Stiwa. «Como fabricante de maquinaria y empresa de software, estamos acostumbrados a encontrar formas de optimizar el entorno de producción», subraya Thomas Führer, responsable de la unidad de negocio de automatización de edificios de Stiwa AMS GmbH. Él sabe muy bien que las condiciones ambientales tienen un fuerte impacto en la eficacia general de una máquina: ¿Cuánto espacio hay alrededor de la máquina? ¿Cuáles son las condiciones óptimas para una sala de producción? ¿Cómo funciona el flujo interno de materiales y cómo se desplazan los empleados? «Todas estas consideraciones deben tenerse en cuenta a la hora de planificar un edificio industrial inteligente, al igual que los flujos de energía», continúa Thomas Führer, señalando factores importantes para aumentar la eficiencia.
Dado que Pollmann sólo amplía sus capacidades si así lo exigen los pedidos de los clientes, desde el principio existió una exigencia especialmente apremiante, ya que la planta II de Vitis debía entrar en pleno funcionamiento a más tardar 10 meses después de la colocación de la primera piedra. «Los componentes pequeños, que exigen mucho trabajo de tecnología y desarrollo, se siguen fabricando en la sede de Karlstein; pero necesitábamos capacidad de fabricación adicional para los componentes de mayor tamaño en grandes volúmenes, como las carcasas y las cubiertas de los sistemas de cierre de puertas», revela el director de la planta, Manfred Jäger. Los requisitos básicos eran unos procesos de producción con alto grado de automatización y con el menor esfuerzo logístico posible, un uso sostenible de la energía y de todos los demás recursos, unos flujos estructurados de personas y mercancías y una capacidad de ampliación flexible del centro de producción.
La primera fase de ampliación en Vitis comprende 9.400 m² de espacio para la producción, un almacén de estanterías elevadas que cuenta actualmente con 5.500 plazas de palés y también oficinas, áreas técnicas y zonas de descanso. Además, el plan maestro desarrollado conjuntamente está diseñado de forma que la planta pueda ampliarse muy rápida y fácilmente hasta cinco naves, por lo que todas las líneas de suministro, así como el tráfico de materiales y de personas, se reunieron a lo largo de un eje logístico central. La ventaja es que, para iniciar la siguiente fase de expansión, basta con ampliar este corredor principal según corresponda: «Nosotros mismos no habríamos pensado en una alineación de edificios de norte a sur, ni habríamos tenido la idea de prever un canal de infraestructuras situado en el centro desde el cual los ejes hacia los consumidores individuales se desvían hacia la izquierda y la derecha», admite Robert Pollmann, que está impresionado por la previsión de su contratista principal.
El diseño de edificios a través de una lente industrial
La planificación basada en la producción se centra en los procesos de fabricación junto con todos sus flujos de energía y materiales y todas las condiciones ambientales relevantes para la productividad. «El edificio se concibe como una máquina», explica Thomas Führer, al describir el concepto de Peneder y Stiwa, que hace uso de métodos y herramientas de software propios de la ingeniería mecánica. Además del modelo 3D del edificio, se diseñó un gemelo digital en forma de modelo de información de construcción (BIM, en sus siglas en inglés), que permitió comprobar la coherencia de las proporciones, los materiales, la luz, las formas y los colores, al igual que los procesos de producción y funcionamiento previstos. El BIM es un método de planificación virtual que combina los respectivos submodelos de las distintas disciplinas, tales como arquitectura, logística, ingeniería de edificios y eléctrica, automatización de edificios o gestión de instalaciones, en un modelo 3D central. Peneder, especialista en construcción industrial y comercial, utiliza el BIM en todas las fases, desde la planificación hasta la explotación. «La planificación virtual mediante BIM tiene muchas ventajas en la ejecución y posterior explotación de un edificio», confirma Christian Pillwein, director de industria de automatización de edificios en Beckhoff Austria.
Los bucles cerrados de control entre la producción, la logística y la tecnología de los edificios reducen por sí solos los costes energéticos. Christian Pillwein cita como ejemplo la ventilación basada en la demanda: las conexiones inteligentes entre los procesos de producción y los sistemas de suministro de energía y del edificio garantizan que sólo se suministre a la nave la cantidad de aire realmente necesaria en función de las máquinas que se están utilizando en ese momento. Al fin y al cabo, teniendo en cuenta las fases de cambio o de mantenimiento, las máquinas rara vez están en funcionamiento todas al mismo tiempo. Incluso en las empresas más renombradas, la eficacia global de los equipos (OEE, en sus siglas en inglés) es del 75 % de media. «La diferencia del 25 % encierra un enorme potencial de ahorro de energía y puede aprovecharse muy bien con el control de la automatización del edificio orientado a la demanda», explica Thomas Führer. En cuanto al hardware, todo el proceso de control en Pollmann se basa en componentes Beckhoff. Un PC industrial C69xx en el armario de control se utiliza como servidor de la sala de control, mientras que el centro de control de HVAC, la ventilación y los sistemas de automatización de la sala se controlan mediante cinco PC integrados CX50xx. Los diversos sensores y actuadores se integran en la tecnología de control basada en PC y TwinCAT utilizando alrededor de 700 terminales EtherCAT y de bus de Beckhoff a través de subsistemas como KNX, Bus M y Bus MP, así como Modbus TCP y RTU.
«El reto de este proyecto era desarrollar un concepto de control inteligente basado en las necesidades que combinara la automatización de la fabricación con la automatización del edificio», subraya Christian Pillwein. Dado que Pollmann confía en la tecnología de control basada en PC de Beckhoff en ambas áreas, esta combinación tecnológica resultó muy sencilla. «No solo podemos supervisar y controlar el equipamiento de servicios del edificio, sino que también podemos registrar los datos de funcionamiento en tiempo real», explica Thomas Führer, lo cual es música para los oídos de Rainer Hobiger, jefe de gestión de instalaciones de la nueva sede de Pollmann: «nuestro panel de control en línea nos permite ver qué máquinas están funcionando y su rendimiento». Después de todo, un aumento repentino del consumo de energía sólo puede significar una de estas dos cosas: un mayor número de unidades producidas o el desgaste de las máquinas. «Puesto que es posible hacer un seguimiento de las cantidades, podemos enviar personal de mantenimiento tan pronto como hayamos completado un breve análisis del rendimiento previsto comparado con nuestro rendimiento real», aclara Rainer Hobiger.
Además de la ventilación dependiente de la carga, existen otras medidas para garantizar un uso sostenible de la energía: la orientación norte-sur del edificio mantiene al mínimo la exposición al sol para reducir así las necesidades energéticas de refrigeración. El calor residual de los sistemas de moldeo por inyección se utiliza en toda la planta para controlar las temperaturas de las salas, el calor residual de la refrigeración de los accionamientos se utiliza directamente y el de la refrigeración de los moldes se utiliza indirectamente a través de enfriadores. El calor también se recupera tanto desde los propios enfriadores como desde los compresores de aire. «En total, tuvimos que reconciliar varios circuitos de temperatura utilizados a lo largo del sistema», aclara el director de la planta, Manfred Jäger, explicando por qué Pollmann buscaba intensamente para este proyecto lo que él describe como «un especialista en automatización de edificios que ve los proyectos a través de una lente industrial».
Edificios que cumplen los estándares de la industria
«Para mí, el hardware es sobre todo un medio para crear determinados procesos y proporcionar beneficios en combinación con el software», dice Thomas Führer. También piensa que el hardware debe notarse lo menos posible; simplemente debe funcionar de forma fiable las 24 horas del día. «La interesante cartera tecnológica de Beckhoff se basa en los estándares del sector y ofrece la solución perfecta para la automatización integral de los edificios. De este modo, la tecnología de control basada en PC permite a los usuarios una apertura total en todas las direcciones». En el caso de Stiwa, por ejemplo, la empresa utiliza ahora bases de datos Oracle que se ejecutan en segundo plano en los PC industriales Beckhoff para realizar análisis o complicados algoritmos «si-entonces». Thomas Führer también es un gran fan de la apertura en lo que respecta al nivel de campo: «Todos los componentes de campo, independientemente del fabricante, pueden integrarse en la solución global a través de la correspondiente interfaz o sistema de bus». A ello contribuyen más de 400 terminales EtherCAT diferentes.
Pollmann ya conocía muy bien a Beckhoff antes de que se pusiera en marcha el nuevo proyecto de construcción. «Prácticamente crecimos juntos», recuerda Manfred Jäger, al recordar los primeros proyectos de tecnología de automatización en los que trabajaron juntos. «Por aquel entonces, teníamos unos requisitos muy específicos en nuestros centros de producción y Beckhoff demostró ser mucho más flexible que sus competidores», recuerda el jefe del centro de producción de Vitis, explicando el cambio a la tecnología de control basada en PC en aquella época. En la actualidad, los sistemas de control de Beckhoff ya no sólo marcan el ritmo de las máquinas individuales en Pollmann, sino que también gobiernan el sistema central de automatización de edificios en la planta II de Vitis.
