Beckhoff New Automation Technology
La tienda de alimentación Zinu Shop, totalmente automatizada, funciona 24 horas al día, siete días a la semana, todo el año. Ha sido desarrollada por Delfin, que lleva más de 20 años suministrando productos de primera necesidad a pequeñas comunidades de Polonia. El proyecto se puso en marcha en 2017 y las primeras pruebas abiertas a gran escala tuvieron lugar solo cuatro años después, incluidas las de la tecnología de control basada en PC subyacente de Beckhoff.
Zinu Shop es una tienda totalmente automatizada que ofrece una gama de productos similar a la de las tiendas de alimentación tradicionales y, a excepción de los días festivos, permanece abierta ininterrumpidamente durante todo el año. La enorme capacidad total de 300 a 400 ubicaciones de almacenamiento y una fiabilidad excepcional, ambos factores clave para la aceptación y la confianza de los consumidores, son esenciales para este concepto. La tienda está instalada en una estancia cuboide aislada, que también puede utilizarse para almacenar productos que deban refrigerarse o mantenerse a una temperatura constante independientemente de las condiciones climáticas externas e incluso albergar equipos adicionales como soportes publicitarios, taquillas para paquetes y máquinas de café. Una de las características clave del proyecto es el concepto híbrido de envasado y dispensación de productos, que combina las soluciones convencionales de las máquinas expendedoras con las nuevas posibilidades que ofrece la impresión en 3D. Esto permite a la tienda ofrecer prácticamente cualquier tipo de producto: desde artículos pequeños y delicados, como piruletas o paquetes de especias, hasta paquetes más grandes que contengan, por ejemplo, toallitas de papel o patatas.
Diseñado para la máxima comodidad del cliente
Quizá lo más destacado de Zinu Shop sea el hecho de que las compras y las entregas pueden hacerse al mismo tiempo. Esta opción no está disponible con las máquinas expendedoras convencionales, ya que exigiría abrir la parte delantera, mientras que Zinu Shop puede recibir las entregas en las zonas de carga trasera, lo que también ofrece una protección frente al cambio de temperatura y la contaminación del entorno exterior. Además, gracias a los dos puntos de venta independientes, dos clientes pueden realizar sus compras al mismo tiempo.
Otra característica especial de Zinu Shop es su gran capacidad, de aproximadamente 350 unidades de venta (SKU). Cada producto que se ofrece aquí tiene un tipo de envase distinto —desde latas, botellas y bandejas hasta bolsas, cajas de cartón y vasos—y cada uno de ellos se comporta de una manera diferente que puede ser difícil de definir de antemano. Para reducir el riesgo de comportamiento imprevisible, los productos se describen mediante varios parámetros, especialmente según sus dimensiones, peso, resistencia y posición. El algoritmo correspondiente los tiene en cuenta a la hora de crear las rutas de distribución y presta atención tanto a la fecha de caducidad de los productos como a la optimización del tiempo de proceso. El resultado es un alto nivel de fiabilidad, con una tasa de reclamaciones inferior al 0,5 ‰ hasta la fecha. El tiempo de dispensado medio de Zinu Shop es de 10 segundos por producto. Teniendo en cuenta la demanda actual de los clientes, cada año se venden unos 50 000 productos.
Arquitectura de control basada en EtherCAT y PC
El objetivo del proyecto era crear una unidad eficaz y sin errores. Por lo tanto, las estanterías interiores debían diseñarse de forma que permitan a los clientes acceder a una gama de diferentes tamaños de comercio minorista. Durante la fase de pruebas, se aumentó considerablemente la velocidad de la máquina y se cambió el suministro eléctrico de trifásico a monofásico, lo que permitió conectar Zinu Shop a una toma de corriente convencional. Según Piotr Ostrowski, Krzysztof Marmol y Artur Kowalski, expertos de Zinu, el mayor reto consistió en dar corriente a toda la máquina usando una toma de corriente convencional y, al mismo tiempo, mantener la aceleración y velocidad necesarias de los accionamientos. Afortunadamente, el servoaccionamiento modular AX8000 de Beckhoff con el módulo de doble eje AX8620 y una reactancia de red adicional (AX2090) para el módulo de alimentación AX8620 proporcionaron la solución ideal a este problema. Otra característica esencial consistió en desarrollar un sistema de optimización de la trayectoria de movimiento para acelerar el proceso de liberación del producto y definir al mismo tiempo las zonas de colisión. Para ello fue necesario un IPC de alto rendimiento con un procesador suficientemente potente y un mínimo de 4 GB de memoria principal. Los desarrolladores de Zinu hallaron la solución perfecta: un PC industrial ultracompacto C6017 de Beckhoff equipado con un procesador Intel® Atom™ E3845.
La arquitectura de control está distribuida en tres armarios de control independientes:
- El armario principal contiene el C6017, el nivel de E/S principal con terminales EtherCAT y TwinSAFE, y los servoaccionamientos AX8000 con Safety over EtherCAT (para STO de los servomotores AM8023) o los terminales de servomotor. EL 7211-9014 (para STO de los servomotores AM8112). Un terminal EtherCAT EL2911 con TwinSAFE Logic integrado como controlador de seguridad. Para la comunicación con el sistema HVAC y los sensores de temperatura y humedad se utiliza una interfaz serie EL6022 (RS485) con protocolo Modbus RTU y un terminal de entrada analógica EL3204 para la medición de la temperatura mediante sondas Pt1000.
- El segundo armario de control contiene únicamente los terminales de salida digital EtherCAT EL2889 para controlar las estanterías automatizadas.
- El tercer armario de control se colocó en un sistema cartesiano mecánico para controlar los ejes X.
La pantalla desarrollada por los expertos de Zinu incluye una interfaz para un sistema de caja de autoservicio, un sistema de almacenaje, un sistema de gestión de entregas y un sistema de supervisión. El control TwinCAT 3 está conectado al sistema de nivel superior que gestiona los paneles de control, la cesta de la compra, la disponibilidad de productos, la fecha de caducidad de los productos y el proceso de pago. El PLC comprueba si se ha retirado un producto de la estantería y cómo se ha hecho antes de intercambiar datos con el sistema de host para determinar la siguiente acción. Esto puede consistir en confirmar la retirada del producto, bloquear la estantería, retirar un producto idéntico de la estantería de almacenaje o finalizar la compra. Los responsables del proyecto reconocen las ventajas que ofrece TwinCAT, especialmente la integración en Visual Studio, la detección rápida y automática de dispositivos a través de EtherCAT y la transparencia de los parámetros de los dispositivos, como los ejes de accionamiento.
Conclusiones
Piotr Ostrowski, Krzysztof Marmol y Artur Kowalski sacan una conclusión positiva en general: «Al comprar la mayoría de los dispositivos directamente a Beckhoff, pudimos ahorrar tiempo y recursos. Beckhoff nos lo entregó todo con rapidez y eficacia. La modularidad del sistema de control es otra gran ventaja para los trabajos de investigación y desarrollo, ya que simplifica enormemente la configuración, así como la ampliación en fases posteriores del proyecto. Gracias a la tecnología de accionamiento compacta, es decir, con el terminal de servomotor EL7221-9014 y el terminal de motor paso a paso EL7031, pudimos construir todo el sistema de eje X y transportador en un pequeño armario de control. Además, el acoplador EtherCAT EK1818 con E/S integradas es una gran alternativa a los terminales EtherCAT EL1008 y EL2008 cuando no se necesita un gran número de E/S». La empresa también se benefició de la tecnología de cable único (OCT), que simplifica la conexión de la tecnología de accionamiento, ocupa menos espacio y no requiere grandes tendidos de cables. Además, el potente C6017 elimina la necesidad de contar con un PC independiente para la aplicación de visualización. En general, los ingenieros están orgullosos de que Zinu se haya convertido en un nombre familiar para los habitantes de Cracovia. La búsqueda de inversores pretende impulsar aún más en el futuro esta forma automatizada de hacer la compra.
