Automatización y picking de un almacén logístico

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado de Ingeniería de Tecnologías Industriales Automatización y picking de un almacén logístico Autor: Ramón Enrique Jiménez Bellido Tutor: Francisco Salas Gómez Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 iii Trabajo de Fin de Grado de Ingeniería en Tecnologías Industriales Automatización y picking de un almacén logístico Autor: Ramón Enrique Jiménez Bellido Tutor: Francisco Salas Gómez Profesor titular Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 Proyecto Fin de Carrera: Automatización y picking de un almacén logístico v Autor: Ramón Enrique Jiménez Bellido Tutor: Francisco Salas Gómez El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2021 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mis maestros ix Agradecimientos Gracias a mis padres, por permitirme haber estado estos cuatro años estudiando esta carrera y apoyarme a lo largo de ella. Gracias por recomendarme venirme el segundo año a Sevilla desde Madrid porque veían que era lo mejor para mí, estaban en lo correcto. Gracias a todos los profesores que me han formado durante este camino, que me han aportado tanto la curiosidad como el deseo por aprender. En especial agradecer a mi tutor Francisco Salas Gómez que, de todos, logró ser el que más me enseñó y el más cercano en tiempos de COVID y que confió en mi para darme la oportunidad de realizar este TFG dándome la libertad para poder llevar a cabo lo que quería. La pandemia ha sido algo duro de llevar para toda España, por eso agradecer a todos los trabajadores que han conseguido realizar sus trabajos incluso cuando debían hacerlo desde sus casas y en malas circunstancias, a los sanitarios por ser el muro que nos ha salvado durante este tiempo, a los profesores y alumnos, por esforzarse en conseguir que el online se pareciera lo más posible a la presencialidad aunque fuera complicado, y para terminar, y porque me toca de cerca, a todos los agricultores y ganaderos por haber seguido dándonos de comer llenando nuestros supermercados. Ramón Enrique Jiménez Bellido Sevilla, 2021 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 4-1: Sensores de las cintas ubicadas en la zona de recepción 39 Tabla 4-2: Actuadores de las cintas ubicadas en la zona de recepción 39 Tabla 4-3: Actuadores y sensores de la base giratoria 1 40 Tabla 4-4: Actuadores cintas generales ubicadas en la zona de almacenaje 41 Tabla 4-5: Sensores cintas generales ubicadas en la zona de almacenaje 41 Tabla 4-6: Actuadores y sensores de las cintas específicas de productos verdes 42 Tabla 4-7: Actuadores y sensores del apilador de productos verdes 43 Tabla 4-8: Actuadores y sensores de las cintas específicas de productos plateados 43 Tabla 4-9: Actuadores y sensores de las cintas específicas de productos azules 44 Tabla 4-10: Actuadores y sensores de las cintas generales ubicadas en la zona de envío 45 Tabla 4-11: Actuadores y sensores de la grúa recogedora de productos y de los brazos giratorios 46 Tabla 4-12: Contadores de las cintas 48 Tabla 4-13: Contadores de los productos recibidos, almacenados y pedidos 48 Tabla 4-14: Matrices del programa 49 xvii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1: Perspectiva planta FACTORY IO 2 Figura 2-1: Logo CODESYS 4 Figura 2-2: Logo FACTORY IO 4 Figura 2-3: Creación de un nuevo proyecto 1 CODESYS 5 Figura 2-4: Creación de un nuevo proyecto 2 CODESYS 5 Figura 2-5: Creación de una lista de variables 1 CODESYS 6 Figura 2-6: Creación de una lista de variables 2 CODESYS 6 Figura 2-7: Ligado de variables CODESYS 7 Figura 2-8: Acceder a objeto “Configuración de símbolos” CODESYS 7 Figura 2-9: Configuración variables CODESYS 8 Figura 2-10: Apertura “CODESYS Control Win V3” CODESYS 8 Figura 2-11: Dirección de la aplicación “OPCConfig” 9 Figura 2-12: Apertura aplicación “OPCConfig” 9 Figura 2-13: Configuración “OPCConfig” 9 Figura 2-14: Conexión red CODESYS 10 Figura 2-15: Conexión vía OPC FACTORY IO 11 Figura 2-16: Conexión variables FACTORY IO 12 Figura 3-1: Vista de la planta FACTORY IO 14 Figura 3-2: Cintas de rodillos FACTORY IO 15 Figura 3-3: Cintas transportadoras FACTORY IO 15 Figura 3-4: Cintas de carga o descarga FACTORY IO 15 Figura 3-5: Cinta inclinada FACTORY IO 16 Figura 3-6: Cintas de rodillos FACTORY IO 17 Figura 3-7: Base giratoria FACTORY IO 17 Figura 3-8: Brazo giratorio FACTORY IO 18 Figura 3-9: Grúa recogedora de productos FACTORY IO 18 Figura 3-10: Estantería FACTORY IO 19 Figura 3-11: Apiladora de productos FACTORY IO 19 Figura 3-12: Elevador FACTORY IO 20 Figura 3-13: Elementos de separación FACTORY IO 21 xix Figura 3-14: Componentes de control FACTORY IO 22 Figura 3-15: Sensores FACTORY IO 23 Figura 3-16: Sensor de visión FACTORY IO 23 Figura 3-17: Mapa de nuestra planta VISIO 24 Figura 3-18: Zona de recibo de productos VISIO 25 Figura 3-19: Zona de recibo de productos FACTORY IO 26 Figura 3-20: Zona de recibo de almacenaje VISIO 27 Figura 3-21: Zona de almacenaje de productos verdes FACTORY IO 28 Figura 3-22: Zona de almacenaje de productos azules FACTORY IO 28 Figura 3-23: Zona de almacenaje de productos plateados FACTORY IO 29 Figura 3-24: Zona de envío de productos VISIO 30 Figura 3-25: Zona de envío de productos FACTORY IO 30 Figura 3-26: Apiladora de productos FACTORY IO 29 Figura 3-27: Robot automatizado FARMACIA REAL 30 Figura 3-28: Cinta automática FACTORY IO 30 Figura 3-29: Cinta automatizada FARMACIA REAL 31 Figura 3-30: Problemas de cintas FACTORY IO 32 Figura 4-1: Variables cintas FACTORY IO 34 Figura 4-2: Variables bases giratorias FACTORY IO 35 Figura 4-3: Variables apiladoras de productos FACTORY IO 36 Figura 4-4: Variables elevador FACTORY IO 36 Figura 4-5: Variables grúa recogedora de productos FACTORY IO 37 Figura 4-6: Variables emisor y eliminador de productos FACTORY IO 38 Figura 4-7: Sensores P1, P2, P3 y P4 FACTORY IO 47 Figura 4-8: Lista de POUs CODESYS 51 Figura 4-9: POU CONTADORESPROVEEDORES CODESYS 52 Figura 4-10: POU CONTADORESPEDIDOS CODESYS 53 Figura 4-11: POU CONTADORESALMACENES CODESYS 54 Figura 4-12: POU CONTADORESCINTAS CODESYS 55 Figura 4-13: POU C1 CODESYS 56 Figura 4-14: POU GIR1 CODESYS 57 Figura 4-15: POU GIR1 ampliada CODESYS 58 Figura 4-16: POU GIR2 CODESYS 59 Figura 4-17: POU AlmacenA FACTORY IO 60 Figura 4-18: POU ALMACENES CODESYS 61 Figura 4-19: POU ELEVADOR CODESYS 62 Figura 4-20: POU ALMACENES CODESYS 62 Figura 4-21: POU EXTPRODUCTO CODESYS 63 Figura 4-22: POU C8 CODESYS 63 Figura 4-23: POU ALMACENES CODESYS 64 Figura 4-24: POU C10 CODESYS 65 Figura 4-25: POU C10 ampliada CODESYS 66 Figura 4-26: POU ALMACENES CODESYS 67 Figura 4-27: POU ALMACENES CODESYS 68 Figura 4-28: POU ALMACENES CODESYS 69 Figura 5-1: Visualización principal CODESYS 70 Figura 5-2: Lista visualizaciones CODESYS 71 Figura 5-3: Configuración visualización web CODESYS 71 Figura 5-4: Visualización web CODESYS 72 Figura 5-5: Menú principal CODESYS 73 Figura 5-6: Elección de producto CODESYS 73 Figura 5-7: Error disponibilidad de stock CODESYS 74 Figura 5-8: Elección de sala CODESYS 74 Figura 5-9: Número de pedido CODESYS 75 Figura 5-10: Nivel stock CODESYS 75 Figura 5-11: Comprobación pedidos CODESYS 76 Figura 5-12: Teclado comprobación pedidos CODESYS 76 Figura 5-13: Comprobación estado planta CODESYS 77 Figura 5-14: Error fallo en la planta CODESYS 78 Figura 5-15: Elección zona del error fallo en la planta CODESYS 78 Figura 5-16: Elección tipo de producto recibido origen error CODESYS 79 Figura 5-17: Elección tipo de producto enviado origen error CODESYS 80 Figura 5-18: POU MODOFUNCIONAMIENTO 1 CODESYS 81 Figura 5-19: POU MODOFUNCIONAMIENTO 2 CODESYS 81 Figura 5-20: POU AUTOMÁTICO 82 Figura 5-21: POU PARADAEMERGENCIA CODESYS 83 Figura 5-22: POU REARME CODESYS 85 Figura 5-23: POU AlmacenAREARME CODESYS 85 Figura 6-1: Barreras protectoras 1 FACTORY IO 87 Figura 6-2: Barreras protectoras 2 FACTORY IO 87 Figura 6-3: Intento planta 2 y 3 FACTORY IO 88 1 1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS La automatización de almacenes es una de las claves más importante para cualquier empresa o fábrica cuya cadena logística tenga un peso en la misma importante. Los almacenes han pasado de ser una zona sin ningún valor, aparte del de guardar mercancías, a formar parte importante de la cadena de suministro de un producto. Este cambio se nota de manera inmediata en la mejora del flujo logístico, en un aumento de la productividad, en la mejora de la eficiencia a la hora de eliminar tareas de bajo valor que antes realizaba cualquier operario y en la minimización de errores. De este objetivo surge este proyecto. En un inicio, la idea era la automatización de un almacén de medicamentos farmacéuticos de un hospital, pero este es un proyecto que se puede asociar a multitud de empresas, donde tanto la zona de recibo de pedidos de proveedores, la zona de almacenaje y la zona de envío de pedidos a clientes puedan ser ubicadas en el mismo edificio, o en diferentes pero cercanos, completando así el ciclo de cualquier producto. Algunos de los beneficios que aporta un almacén totalmente automatizado son la mejora en los tiempos de envío y almacenaje de los productos con un movimiento fluido y programado de los mismos, se eliminan errores humanos, se aprovecha una superficie de forma óptima al no necesitar por ejemplo de grandes zonas para el recibo de productos, no se necesitan zonas por las que tuviera que ir el operario cargando con los productos o por ejemplo, se consigue transportar mercancía entre diferentes zonas o edificios solo necesitando cavidades con la simple forma de una cinta transportadora. Esto consigue un excelente control de los pedidos y de las ubicaciones de los productos en cada momento. El mejor ejemplo de lugar donde implantar este proyecto sería, como se ha dicho antes, en un hospital, donde los medicamentos llegaran de forma directa desde el almacén hasta las zonas de tratamientos con la única intervención de máquinas, eliminando así tiempos perdidos de enfermeros o médicos acercándose a por los medicamentos cuando podrían estar tratando a los pacientes. Para realizar este proyecto, se ha necesitado principalmente de dos softwares: Factory IO, para la simulación en 3D de nuestra planta, y Codesys, para la programación del controlador de la misma. Los objetivos que se han fijado a la hora de realizar este proyecto han sido: - Conseguir, en primer lugar, una conexión entre softwares exitosa. - También, poder utilizar los conocimientos aprendidos en la asignatura automatización industrial y ampliarlos. - Realizar un diseño del almacén distribuyendo diferentes zonas para cada momento de la vida de un producto, desde la recepción del mismo, siguiendo con su almacenaje hasta el envío al cliente incluyendo en cada una de ellas puntos de control. - Conseguir un aprovechamiento máximo del espacio con zonas para el movimiento de los operarios. - Realizar un sistema de interacción del cliente o del operador con la planta sencilla e informativa. -Conseguir un sistema de picking preciso. - Incluir modos de funcionamiento para poder reiniciar la planta siempre que se quiera. L INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS 2 Esta automatización se ha conseguido mediante la unión de diferentes softwares. El primero, Codesys que permite realizar la programación del almacén y de las zonas de recibo y entrega de pedidos y la creación de pantallas y Scadas que permiten controlar los pedidos y el funcionamiento de las máquinas. Y de Factory I/O, que permite la simulación del almacén en 3D utilizando las variables asociadas a las de Codesys. Figura 1-1: Perspectiva planta FACTORY IO 3 2 REQUISITOS DE DISEÑO 2.1 Softwares La implementación de la automática en un almacén se puede conseguir mediante diferentes softwares. Nosotros hemos elegido para la parte de programación el software Codesys y algunos que no conocíamos como Factory I/O o Waremare para la parte de simulación o para el control del flujo de productos con un SCADA aunque este último no ha sido posible implementarlo al final debido a problemas con la licencia. 2.1.1 Codesys Codesys es un ambiente de desarrollo software creada para el desarrollo de proyectos de automatización industrial con el objetivo de configurar, programación, puesta en funcionamiento de controladores y su respectivo mantenimiento. Se eligió este software debido a que era el utilizado durante la carrera y gracias a su facilidad de uso. La versión con la que se aprendió a usar fue la 2.3 pero la última versión de este y la que utilizaremos para este proyecto es la 3.5, con algunas diferencias con respecto a su predecesora, pero con bastantes mejoras. CODESYS permite trabajar con diferentes lenguajes de programación. En el que nos centraremos en este proyecto será el “Diagrama de funciones secuenciales”, que se le llama de forma abreviada programación “GRAFCET” o “SFC” aunque deberemos utilizar otros como el lenguaje de “Texto estructurado” o “ST” o el lenguaje de “Diagrama Ladder” o “LD”. Otra función de CODESYS que es de gran utilidad es la de crear visualizaciones que permiten desde crear simulaciones mediante coordenadas y la programación de los movimientos por “ST”, hasta la creación de SCADAS. Esta última versión de CODESYS la hemos descargado del portal de soporte técnico FESTO. Este portal permitía la descarga de CODESYS de forma gratuita y facilitaba la conexión con el otro software utilizado vía OPC. La descripción de la plataforma CODESYS según la compañía traducida al castellano es: “CODESYS es una plataforma de software para la tecnología de automatización industrial. El núcleo de la plataforma es la herramienta de programación IEC-61131-3 o “Sistema de desarrollo CODESYS”. Ofrece a los usuarios soluciones integradas orientadas a la práctica para la configuración conveniente de aplicaciones de automatización” [1] 2.1.2 Factory I/O Factory IO es un software utilizado para la creación de simulaciones 3D en las cuales podemos ejecutar programas de automatización “PLC” o otros creado por microprocesadores. Permiten una descarga gratuita por 30 días de la última actualización por lo que pudimos utilizarlo. La utilización de este software ha sido algo nuevo, pero se eligió debido a su rápida comunicación con CODESYS mediante “OPC Data Access” que es la interfaz estándar que permite el acceso a datos de un proceso de automatización, en este caso, a los datos creados en nuestro proyecto de CODESYS. Otro motivo por el que se eligió fue debido a su gran cantidad de componentes a utilizar, aunque no se adaptaran en su totalidad a nuestro proyecto. REQUISITOS DE DISEÑO 4 La compañía describe Factory I/O traducido al castellano como: “Factory I/O es una simulación de fábrica en 3D para el aprendizaje de tecnologías de automatización. Diseñado para ser fácil de usar, permite construir rápidamente una fábrica virtual utilizando una selección de piezas industriales comunes. Factory I / O también incluye muchas escenas inspiradas en aplicaciones industriales típicas, que van desde niveles de dificultad principiantes hasta avanzados. El escenario más común es utilizar Factory I / O como una plataforma de capacitación de PLC, ya que los PLC son los controladores más comunes que se encuentran en aplicaciones industriales. Sin embargo, también se puede utilizar con microcontroladores, SoftPLC, Modbus, entre muchas otras tecnologías.”. [2] Figura 2-1: Logo CODESYS Figura 2-2: Logo Factory IO 2.2 Conexión entre softwares Como información y para entender mejor el funcionamiento de este proyecto explicaré de forma rápida y sencilla como realizar la comunicación de los softwares utilizados para el desarrollo de este trabajo. Esta comunicación será a través de “opc Data Access”, interfaz estándar que nos permitirá que Factory I/O pueda acceder a los datos que habremos desarrollado con anterioridad en CODESYS, como a las variables o a los controladores desarrollados para cada componente ubicado en la simulación. Para la comunicación entre el software Codesys V3.5 y el software de simulación Factory I/O se procede de la siguiente manera: 1º Paso. Iniciamos CODESYS V3.5 y creamos un nuevo proyecto. 2º Paso. Seleccionamos “Proyecto estándar”, le damos un nombre al proyecto y le asignamos una ubicación. 5 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 2-3: Creación de un nuevo proyecto CODESYS 3º Paso. Dejamos el dispositivo predeterminado y seleccionamos un lenguaje para nuestro PLC_PRG que será nuestro POU principal. Se puede elegir el lenguaje que más se prefiera, aunque luego no se tenga que utilizar. Figura 2-4: Creación de un nuevo proyecto CODESYS REQUISITOS DE DISEÑO 12 Figura 2-15: Conexión variables FACTORY IO 12º Paso. Compilar el programa en CODESYS y darle a “RUN” en Factory IO, comprobar si funciona y si no lo hace, reparar errores. 13 3 DISEÑO DE LA PLANTA n este apartado explicaremos el número de componentes que forman nuestro almacén en las zonas de entrega y recibo, así como su ubicación en estas. En este proyecto una de las cosas más importantes que se han tenido en mente era el uso mínimo de cintas, ya que al no haber cintas largas para utilizar y de la forma requerida, se han necesitado de muchas otras para el correcto funcionamiento y la colocación de estas ha sido importante. 3.1 Descripción de la planta La idea principal del proyecto ha sido la de diseñar una planta logística que se encargara de recibir mercancía paletizada, almacenarla y suministrarla, todo esto de forma automática y sin necesidad de ningún operario. Cuando comenzamos a realizar el diseño, pudiemos ver algunos problemas que teníamos con el software Factory IO. Estos eran debido a que este software está destinado a simulaciones de procesos industriales, líneas de montaje o para el diseño de almacenes de gran tamaño por lo que no se podría comparar con la idea de un almacén automatizado de hospital donde los componentes son mucho más pequeños y donde no se dispone de tanto espacio. Aún así, decidimos utilizarlo para nuestro proyecto utilizando los componentes de los que dispoíamos para intentar diseñar de la mejor manera posible lo que teníamos pensado. Se diseñó una planta con tres zonas diferenciadas, la primera zona, la encargada de recibir los tres tipos de “medicamentos” paletizados y de distribuirlos a la siguiente zona. La segunda zona, encargada de almacenar los productos, recibe los medicamentos mezclados a través de la misma cinta proveniente de la primera zona, después, mediante un sensor de visión, los distribuye a los diferentes almacenes según el color del producto. Una vez almacenados, se encarga de recibir las notificaciones de pedidos y de enviar los medicamentos a la la siguiente zona mediante otro conjunto de cintas de rodillos. En la tercera zona, la zona de envío, se reciben los medicamentos de nuevo mezclados y se encargan de distribuirlos a cada una de las plantas según la cantidad requerida de cada tipo de producto. Como se ha dicho antes, este es un proyecto escalable a cada tipo de empresa o indsutria. La separación entre zonas es simbólica, intentando representar tres zonas completamente independientes y que en la realidad cada una de ellas estaría en diferentes salas. Todo el diseño de la planta se ha intentado hacer de la mejor forma posible para que, aunque pudiera llegar a ser más compleja, en lo que a programación se refiera, se disminuyeran los costes y se aprovechara mejor el espacio de la planta. En la imagen siguiente se puede observar una perspectiva de la planta: E DISEÑO DE LA PLANTA 14 Figura 3-1: Vista de la planta FACTORY IO 3.2 Componentes En esta sección se darán a conocer cada uno de los componentes que forman nuestra simulación, su función, su número dentro de esta y el nombre de estos componentes junto con el apodo que se les ha dado para la sencillez del programa. 3.2.1 Maquinaria •Cintas automáticas: Habrá tres tipos de cintas automáticas: -Cinta de rodillos. Nombre técnico en Factory IO: Roller Conveyor Función: Son cintas que generan movimiento lineal a través del giro de sus múltiples rodillos. Están hechas para mover sobre todo palés o cajas de transporte ya que otros objetos más pequeños pueden caerse entre los rodillos. Tipos: Puede haber tanto de 6 metros, de 4 metros, de 2 metros y una curva. En nuestra simulación utilizaremos todas. Cantidad: 12 cintas de rodillos de 6 metros, 9 de 4 metros, 8 de 2 metros y 10 curvas -Cinta transportadora: Nombre técnico en Factory IO: Belt Conveyor Función: Son cintas que generan movimiento lineal a través del movimiento de una cinta que avanza gracias al giro de un motor. Permiten el movimiento de cualquier tipo de objeto ya que no tienen zonas donde se puedan caer y a diferencia de las cintas de rodillo pueden desplazar objetos, aunque estos sobresalgan por los laterales. 15 Automatización y picking de un almacén logístico Tipos: Puede haber tanto de 6 metros, de 4 metros, de 2 metros y curvas. En nuestra simulación utilizaremos de 6 metros y de 4. Cantidad: 2 cintas transportadoras de 6 metros y 1 de 4 metros. -Cinta de carga o descarga: Nombre técnico en Factory IO: Loading Conveyor Función: Son cintas que generan movimiento lineal de la misma forma que las cintas de rodillos, pero en este caso están hechas para ser cintas de carga y descarga de palés ya que tiene una abertura en el interior donde pueden entrar brazos mecánicos para recogerlos. Tipos: Solo hay uno. Cantidad: 6 Cintas de carga o descarga Figura 3-2: Cintas de rodillos FACTORY IO Figura 3-3: Cintas transportadoras FACTORY IO DISEÑO DE LA PLANTA 16 Figura 3-4: Cintas de carga o descarga FACTORY IO •Cinta inclinada: Nombre técnico en Factory IO: Chute Conveyor Función: Se encarga de enviar productos desde las cintas transportadoras. Solo tiene una inclinación y una longitud por lo que no se puede utilizar con otro tipo de cintas. Tipos: Solo hay uno Cantidad: 3 cintas inclinadas Figura 3-5: Cinta inclinada FACTORY IO •Objetos de transporte: Habrá dos tipos: -Pallet: Nombre técnico en Factory IO: Pallet Función: Sirven para transportar los medicamentos durante su recogida hasta la zona de entrega siendo eliminado antes de la entrega final. Tipos: Puede haber tanto pallets normales como pallets cuadrados. En nuestra simulación utilizaremos 17 Automatización y picking de un almacén logístico los normales debido a que los cuadrados tenían peor equilibrio en diferentes zonas de la planta por lo que decidimos no utilizarlos. Ambos pesan 20 kg. Cantidad: No definida -Materiales crudos: Nombre técnico en Factory IO: Raw Material Función: Por ejemplo, representarán los diferentes medicamentos que serían el objeto de entrega en las diferentes salas del hospital. Tipos: Podemos encontrarlos en color azul de un peso de 8 kg, en color verde de un peso de 8 kg y en color plateado de un peso de 10 kg. Cantidad: No definida Figura 3-6: Cintas de rodillos FACTORY IO •Base giratoria: Nombre técnico en Factory IO: Turntable Función: Se encargan de recibir los pallets con productos y de girarlos para enviarlos en diferentes direcciones Pueden hacer un giro de 90º y tienen movimiento lineal en dos sentidos. Tipos: Solo hay uno Cantidad: 5 Bases giratorias DISEÑO DE LA PLANTA 18 Figura 3-7: Base giratoria FACTORY IO •Brazo giratorio: Nombre técnico en Factory IO: Pivot Arm Sorter Función: Sirven para desplazar cualquier tipo de objeto en otra dirección. Pueden accionar unas cintas que hacen que el objeto se desplace de forma más rápida. Tipos: Solo hay un tipo. Cantidad: 3 Brazos giratorios Figura 3-8: Brazo giratorio FACTORY IO •Grúa recogedora de productos: Nombre técnico en Factory IO: Two-Axis Pick & Place 19 Automatización y picking de un almacén logístico Función: Sirven para desplazar objetos de una zona a otra. En este proyecto se encarga de separar los “medicamentos” y los pallets para una entrega más sencilla. Tipos: Solo hay un tipo. Cantidad: 1 Grúa recogedora de productos Figura 3-9: Grúa recogedora de productos FACTORY IO •Estantería: Nombre técnico en Factory IO: Rack Función: Sirve para almacenar cualquier objeto que esté sobre un pallet. Tiene 6 filas y 3 columnas. Tipos: Solo hay un tipo. Cantidad: 9 Estanterías Figura 3-10: Estantería FACTORY IO •Apiladora de productos: DISEÑO DE LA PLANTA 20 Nombre técnico en Factory IO: Stacker Cranse Función: Se encarga de transportar productos sobre pallets para almacenarlos en las estanterías o para extraerlos de las mismas. Cada apiladora puede almacenar productos en 3 estanterías juntas ya que tienen 56 movimientos diferentes para cada una de las cavidades de las 3 estanterías y otro más para el de recogida. Tipos: Solo hay un tipo. Cantidad: 3 Apiladoras de productos Figura 3-11: Apiladora de productos FACTORY IO •Elevador: Nombre técnico en Factory IO: Elevator Función: Se encarga de transportar verticalmente objetos. Dispone de una cinta de rodillos que se encarga de conectar con otras cintas a diferente altura. Tipos: Solo hay un tipo. Cantidad: 1 elevador. Figura 3-12: Elevador FACTORY IO •Elementos de separación: 21 Automatización y picking de un almacén logístico Hay tres tipos -Valla metálica de seguridad Nombre técnico en Factory IO: Safeguard (L) Función: Sirven para separar cada una de las zonas que hemos creado para nuestra planta. En este caso separan la zona de recepción de productos, la zona del almacén y la zona de entrega. Tipos: Solo hay un tipo. Cantidad: 22 vallas metálicas de seguridad -Valla metálica de seguridad con abertura Nombre técnico en Factory IO: Safeguard (I) Función: Sirven también para separar zonas, pero permiten pasar productos a través de una abertura que se encuentra en el centro de la misma. Tipos: Solo hay un tipo. Cantidad: 2 vallas de seguridad con abertura -Puerta de seguridad Nombre técnico en Factory IO: Safety Door Función: Sirven para conectar las diferentes zonas de nuestra planta para que los operarios puedan acceder a cada una de ellas Tipos: Solo hay un tipo. Cantidad: 1 Grúa recogedora de productos Figura 3-13: Elementos de separación FACTORY IO •Elementos de control: Como elementos físicos del proyecto, hemos utilizado estos componentes para el control de los modos de DISEÑO DE LA PLANTA 28 Figura 3-21: Zona de almacenaje de productos verdes FACTORY IO Figura 3-22: Zona de almacenaje de productos azules FACTORY IO 29 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 3-23: Zona de almacenaje de productos plateados FACTORY IO 3.3.3 Zona de envío de productos La última zona, o zona de envío de productos, sería otra zona que en la realidad aumentaría bastante su tamaño. Esto es debido a que las diferentes salas dentro de un edificio no se situarían tan cercanas la una ala otra como se muestra en el proyecto. Por ejemplo, en un hospital, las diferentes salas podrían estar unas en zonas de atención de urgencias, otra en zonas de quirófanos o en zonas de laboratorios. Otra de las características que la haría aumentar de tamaño sería la utilización del elevador, el cual permite la posibilidad de poder distribuir productos a otras plantas. En este proyecto no se han colocado más plantas debido a que se superaban el número de componentes que dejaba enlazar Factory IO. DISEÑO DE LA PLANTA 30 Figura 3-24: Zona de envío de productos VISIO En la siguiente imagen en perspectiva se pueden observar las diferentes posiciones de los componentes destinados al envío de los productos y su localización. Figura 3-25: Zona de envío de productos FACTORY IO 31 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 3-26: Apiladora de productos FACTORY IO Figura 3-27: Robot automatizado FARMACIA REAL Figura 3-28: Cinta automática FACTORY IO Figura 3-29: Cinta automatizada FARMACIA REAL 3.4 Limitaciones y mejoras Por supuestos, las principales limitaciones que hemos tenido en las ubicaciones físicas de este proyecto han sido las dimensiones de la diferente maquinaria cuyo uso está permitido en FACTORY IO. Como se ha dicho con anterioridad, el objetivo principal del proyecto era el de realizar la automatización de un almacén de una farmacia hospitalaria, pero para ello se hubiera necesitado tanto cintas transportadoras como estanterías especializadas, de un tamaño más pequeño y con mayor precisión. Para realizar esta comparativa se muestran a continuación diferente maquinaria utilizada en este proyecto y la usada en una farmacia automatizada. Otra limitación en el proyecto ha sido la de no poder ubicar cada zona de este en diferentes edificios o salas como sería lo normal si se implantara en alguna empresa. Esto es debido al tamaño de los productos y a la necesidad de tener zonas especializadas para cada momento de la cadena logística. El problema con esta limitación se ha intentado disminuir utilizando las vallas explicadas con anterioridad para la distinción de las zonas. DISEÑO DE LA PLANTA 32 También se ha encontrado un problema con la concordancia de tamaños de las cintas y el resto de maquinaria ya que estas tenían tamaños específicos de 2, 4 y 6 metros que no podían variarse. Debido a esto surgían problemas en algunas zonas con pallets que se desequilibraban por no encontrar puntos de apoyo en el transporte. Debido a esto se decidió por utilizar los “FREE ROLLER” los cuales son rodillos individuales que pueden completar estos huecos . Figura 3-30: Problemas de cintas FACTORY IO 33 4 DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR n este capítulo trataremos de explicar el diseño de la programación del controlador, así como las diferentes variables creadas para el control de la maquinaría y para el seguimiento del número de productos tanto almacenados en sus correspondientes estanterías como los pedidos que se realicen por el personal médico. 4.1 Descripción de variables En este apartado explicaremos tanto el porqué del nombre de las variables como la función que tienen dentro del programa. Para ellos primero distinguiremos dos tipos de variables, las externas y las internas. 4.1.1 Variables externas Las variables externas serán aquellas las cuales tendrán una salida o entrada del almacén logístico físico. Es decir, estarán encargadas de un sensor o actuador dentro del proyecto. En primer lugar, y para entender mejor como han sido llamados los actuadores y sensores de cada zona logística, explicaremos la forma en la que han sido llamados. De esta forma cualquier operario que notara un problema en alguna cinta podría, de forma rápida, comunicarla al encargado del almacén con el nombre de la variable que muestra el problema para mejorar el tiempo de resolución. Cintas Para todo el conjunto de cintas durante todo el proyecto, se han establecido nombres que las identifica según la zona en las que se ubican. De esta forma los nombres distinguiremos tres zonas para las cintas generales, las cuales son aquellas en las que puede haber cualquiera de los tres tipos de productos, y también distinguiremos tres zonas según los tres tipos de productos que tenemos para su zona de almacenaje. Con esto, los actuadores que mueven las cintas generales comenzarán con la letra “R”, “A” o “E”, según si está ubicada en la zona de “Recepción de productos”, en la de “Almacenaje de productos” o en la de “envío de productos”. A esta letra le seguirá la letra “C”, la cual distinguirá que se trata de una cinta. Y a esta le seguirá un número que identificará el orden en las que están colocadas dentro de la zona. Ej: “EC1” será el actuador asignado a la cinta general que se encuentra en la zona de “Envío de productos” en primer lugar. Para las cintas ubicadas en las zonas de almacenaje de cada tipo de producto el nombre del actuador comenzará por la letra “C”, identificativa de que se tratará de una cinta. A esta le seguirá una letra según el tipo de productos que se encuentra en esta zona de almacenaje, por ejemplo, para la zona de productos verdes le seguirá la letra “V”, para la zona de productos azules les seguirá la letra “A” y para la zona de productos plateados, les seguirá la letra “P”. El nombre del actuador continuaría con un número según el orden en el que se mueven los productos por ellas. Ej: “CV2” es la segunda cinta que se encuentra el producto al entrar en la zona de almacenaje verde. E DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 34 Los sensores se colocan al inicio y al fin de cada cinta para saber la ubicación de las diferentes cajas y para establecer contadores en cada una de ellas que nos permita conocer la cantidad de productos que hay dentro de una cinta para poder saber cuándo deben funcionar y cuando pueden estar apagadas. A los sensores ubicados a través de las diferentes cintas, se les denomina de igual forma que a los actuadores. Aunque hayamos ubicado sensores en todas las uniones de cada cinta, solo utilizaremos los sensores iniciales y finales de los diferentes tramos para que funcionen las diferentes cintas unidas como una sola. Ej: “AS2” es el segundo sensor encontrado en una cinta general de la zona de almacenaje y el “SV6” es el sexto sensor que nos encontramos en la zona de almacenaje verde y se utilizan en nuestra programación ya que son el inicio de un tramo de cintas. Tanto el sensor “SV3”, el “SV4” o el sensor “SV5” mostrados en la siguiente imagen, aunque los hayamos colocado en la simulación, no los utilizamos en el controlador debido a que se ubican entre medias de un tramo de cintas. Todas estas variables de tipo serán de tipo BOOL. Figura 4-1: Variables cintas FACTORY IO Bases giratorias Estas bases giratorias están formadas por tres actuadores y cuatro sensores. Tanto los nombres de los actuadores como de los sensores comienzan con la letra “G”, seguida de un número que diferencia cada una de las cinco bases giratorias. La terminación será la que diferencia cada una de las funciones. Para los actuadores, si no tiene terminación, será el encargado del giro de 90º, si el nombre termina en “MAS”, será el encargado del movimiento de los rodillos en un sentido y si la terminación es “MENOS”, será el encargado del movimiento en el otro sentido. 35 Automatización y picking de un almacén logístico Para los sensores, si termina en la terminación “1”, será el sensor encargado de determinar la posición en un extremo de la base, si la terminación es “2”, será el encargado de determinar la ubicación en el otro extremo de la base, si es “R”, el sensor determina que la base no está girada y si es “D”, determina que está girada. Todas estas variables de tipo BOOL. Figura 4-2: Variables bases giratorias FACTORY IO Apiladora de productos. La apiladora de productos dispone de cuatro actuadores y de cinco sensores. Estos se llamarán de igual forma en las diferentes apiladoras exceptuando la letra que diferencia a cada producto. Se explicarán a partir de aquí el funcionamiento de cada uno de ellos para la apiladora de productos verdes. Los actuadores de tipo BOOL son, AVMENOS, el cual se encarga de desplazar los brazos de la apiladora en un sentido, AVMAS, que se encarga de desplazarlas en el otro sentido y AVSUBEBAJA, el cual se encarga de subir los brazos para extraer los palés de las diferentes zonas o bajarlos para almacenarlo o enviarlos. El otro actuador ALMACENVCD es un actuador de tipo INT el cual tiene un rango desde 1 hasta el 54 para cada una de las baldas de cada estantería y el número 21474 que se encarga de regresar la apiladora a su posición inicial. Los sensores serán todos de tipo BOOL. De esta forma, SAVX se encargará de mostrar si la apiladora se está moviendo en el sentido de la x, SAVZ si se está moviendo en el sentido de la z, AVEXTMAS dirá si los brazos están extendidos completamente en el sentido del actuador AVMAS y el sensor AVEXTMENOS se encargará de decir si están extendidos hacía el sentido del actuador AVMENOS. El último sensor será AVCENTRADO que se encargará de decir si los brazos están en su situación inicial que es la de no extendidos. DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 36 Figura 4-3: Variables apiladoras de productos FACTORY IO Elevador El elevador dispone de tres actuadores, dos de tipo BOOL y uno de tipo REAL. ALTURAELEVADOR será el de tipo REAL y variará de 0.0 a 10.0 según la altura que se desea. En nuestro caso se desplazará desde la altura 0.0 a la altura 0.6. De los otros dos actuadores solo utilizaremos ELEVADORMENOS que se encargará de desplazar los productos hacia el interior del elevador y más tarde hacia la zona de envío de productos. Consta de dos sensores retro reflectivos de tipo BOOL pero solo utilizaremos el primo de ellos el cual lo hemos llamado ES3. 37 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 4-4: Variables elevador FACTORY IO Grúa recogedora de productos Esta grúa consta de diferentes sensores y actuadores, aunque no todos ellos nos han sido útiles para este caso. En el caso de los actuadores, los cuales son todos de tipo BOOL, hemos utilizado tres de ellos, BRAZOEXP que se encarga de extender el brazo o contraerlo, BRAZOBAJADO que se encarga de bajar o subir el brazo, y BRAZOCOG que se encarga de agarrar la pieza. Para los sensores, contamos con tres de ellos. BRAZOMOVX que nos dice si el brazo se está expandiendo o contrayendo, BRAZOMOVZ que se encarga de decir si el brazo está bajando o subiendo y BRAZOPIEZA que se encarga de decirnos si se detecta un producto en el extremo del brazo. En la grúa se encontró un problema con el delay que se originaba en el valor de las variables desde que se cambiaban en el programa de “CODESYS” hasta que llegaban al programa de “FACTORY IO”. A este problema se le sumaba también otro con el movimiento del producto encima del pallet. En otras zonas se notaba de forma más insignificante, pero en este apartado, que el producto se encontrara debajo de la grúa a la hora de la recogida era indispensable. Para solucionar esto se colocaron los sensores “P1”, “P2”, “P3” Y “P4” y se programó para que al final del movimiento de la cinta, si el producto final se encontraba en un lugar diferente a la zona situada justo debajo de la grúa, la cinta “EC3”, la cual tiene dos direcciones, cambiaba el sentido hasta que el producto se encontrara justo en el centro. DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 44 Tabla 4-8: Actuadores y sensores de las cintas específicas de productos plateados CP2 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos verdes CP2 la cual conecta con la estantería de productos plateados CP3 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos verdes CP3 a su salida de la estantería de productos plateados CP4…CP12 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos verdes CP4…CP12 CP13 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos plateados que conecta con la base giratoria 5 SP1 BOOL Sensor que muestra cuando un producto plateado ha salido de la base giratoria 4 en su camino hacia la estantería plateado SP2 BOOL Sensor que muestran cuando un producto plateado pasa entre las cintas de ingreso a la estantería de productos plateados SP3 BOOL Sensor que muestra cuando un producto verde llega a la estantería de productos plateados desde la cinta CP2 SP4 BOOL Sensor que muestra cuando un producto plateado sale de la estantería verde hacía la cinta CP3 SP5…SP14 BOOL Sensores que muestran cuando un producto plateado pasa entre las cintas de salida de la estantería de productos plateados SP15 BOOL Sensor que muestra cuando un producto verde llega a la base giratoria 5 desde la cinta CP13 ALMACENAJE: VARIABLES CINTAS ESTANTERÍA AZUL VARIABLES TIPO DESCRIPCIÓN CA1 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos azules CA1 a su salida de la base giratoria 3 CA2…CA3 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos azules CA2…CA3 CA4 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos azules CA4 la cual conecta con la estantería de productos azules CA5 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos azules CA5 a su salida de la estantería de productos azules 45 Automatización y picking de un almacén logístico Tabla 4-9: Actuadores y sensores de las cintas específicas de productos azules 4.1.1.3 Zona de envío de productos Para esta zona mostraremos en primer lugar las variables de las cintas generales ubicadas en la misma como de los sensores ubicados en las mismas. También se mostrarán las variables usadas en el elevador, en el brazo robótico o en las manos de envío. CA6…CA8 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos azules CA6…CA8 CA9 BOOL Actuador encargado de la cinta de productos azules CA9 que conecta con la base giratoria 5 SA1 BOOL Sensor que muestra cuando un producto azul ha salido de la base giratoria 3 en su camino hacia la estantería azules SA2...SA4 BOOL Sensores que muestran cuando un producto azul pasa entre las cintas de ingreso a la estantería de productos azules SA5 BOOL Sensor que muestra cuando un producto verde llega a la estantería de productos verdes desde la cinta CA4 SA6 BOOL Sensor que muestra cuando un producto azul sale de la estantería verde hacía la cinta CA5 SA7…SA10 BOOL Sensores que muestran cuando un producto azul pasa entre las cintas de salida de la estantería de productos azules SA11 BOOL Sensor que muestra cuando un producto verde llega a la base giratoria 5 desde la cinta CA9 ENVÍO: VARIABLES GENERALES VARIABLES TIPO DESCRIPCIÓN EC1 BOOL Actuador de la cinta general EC1 EC2 BOOL Actuador de la cinta general EC2 EC3± BOOL Actuadores de la cinta general AC3 EC4 BOOL Actuador de la cinta general EC4 EC5 BOOL Actuador de la cinta general EC5 ELEVADORMENOS BOOL Actuador que mueve la cinta del elevador en el sentido del envío de pedidos ELEVADORMAS BOOL Actuador que mueve la cinta del elevador en el sentido contrario del envío de pedidos DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 46 Tabla 4-10: Actuadores y sensores de las cintas generales ubicadas en la zona de envío Para la grúa recogedora de productos se añadieron, en último lugar, los sensores P1, P2 P3 y P4 debido a un problema surgido con la cogida del producto final debido a que algunos venían desplazados en el pallet y este no era buena referencia de parada. ALTURAELEVADOR INT Actuador que marca la altura a la que debe estar el elevador ES1 BOOL Sensor que muestra cuando un producto llega a la zona de envío al llegar desde la cinta general EC1 hasta la cinta general EC2 ES2 BOOL Sensor que muestra cuando un producto llega desde la cinta EC2 hasta el elevador ES3 BOOL Sensor que muestra cuando un producto entra en la cinta del elevador ES4 BOOL Sensor que muestra cuando un producto llega al final de la cinta del elevador ES5 BOOL Sensor que muestra cuando un producto sale de la cinta del elevador ES6 BOOL Sensor que muestra cuando un producto llega a la zona del brazo mecánico ES7 BOOL Sensor que muestra cuando un producto sin paletizar es dejado en la cinta general EC4 ES8 BOOL Sensor que muestra cuando un producto llega a la cinta de envío de pedidos donde se mandan a cada una de las salas correspondientes TIPOMED2 INT Sensor que muestra el tipo de producto que llega a la zona de envío de pedidos ENVÍO: GRÚA RECOGEDORA DE PRODUCTOS Y MANOS DE ENVÍO VARIABLES TIPO DESCRIPCIÓN BRAZOBAJADO BOOL Actuador encargado de bajar y subir el brazo robótico BRAZOMOVZ BOOL Sensor que muestra si el brazo robótico está bajando o subiendo BRAZOEXP BOOL Actuador encargado de mover el brazo robótico hacia adelante y atrás 47 Automatización y picking de un almacén logístico Tabla 4-11: Actuadores y sensores de la grúa recogedora de productos y de los brazos giratorios BRAZOMOVX BOOL Sensor que muestra si el brazo robótico está moviéndose hacia adelante o atrás P1…P4 BOOL Sensores que muestran cuando está situado el producto final en la zona perfecta para la recogida de este por el brazo robótico. SALA1 BOOL Actuador encargado de mover el brazo de envío 1 hacia la zona de envío 1 SALA1MAS BOOL Actuador encargado de mover la cinta del brazo de envío 1 SALA2 BOOL Actuador encargado de mover el brazo de envío 2 hacia la zona de envío 2 SALA2MAS BOOL Actuador encargado de mover la cinta del brazo de envío 2 SALA3 BOOL Actuador encargado de mover el brazo de envío 2 hacia la zona de envío 2 SALA3MAS BOOL Actuador encargado de mover la cinta del brazo de envío 2 DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 48 Figura 4-7: Sensores P1, P2, P3 y P4 FACTORY IO 4.1.2 Variables internas Las variables internas son aquellas que han sido creadas para el correcto funcionamiento del programa y no porque tuvieran que enlazarse con algún sensor o actuador del programa. Estas pueden ser tanto contadores encargados de llevar el número de productos en cada zona del almacén, como variables para llevar la cuenta de los pedidos, o simplemente variables BOOL encargadas de enlazar las diferentes POUs. En la siguiente tabla se muestran aquellos contadores utilizados para saber el número de productos ubicados en la cinta correspondiente. CONTADORES CINTAS VARIABLES TIPO DESCRIPCIÓN CONC1…CONC9 BOOL Contadores encargados de llevar la cuenta del número de productos que discurren por las cintas generales a la cual están adjudicados. CONCV1…CONCV2 BOOL Contador encargado de llevar la cuenta de productos verdes que pasan por las cintas a las que están adjudicados. 49 Automatización y picking de un almacén logístico Tabla 4-12: Contadores de las cintas En la siguiente tabla se muestran los contadores encargados de llevar la cuneta de aquellos productos que o han sido recibidos del proveedor o han sido almacenados en las estanterías correspondientes o han sido pedidos por los clientes. Hay otros contadores como el contador “CONPEDIDOSVERDESALA1” el cual muestra los productos verdes pedidos para la sala 1, pero no los introduciremos en la tabla ya que son contadores solo informativos sin ninguna función hacia el programa. CONCA1…CONCA2 BOOL Contador encargado de llevar la cuenta de productos azules que pasan por las cintas a las que están adjudicados. CONCP1…CONCP2 BOOL Contador encargado de llevar la cuenta de productos plateados que pasan por las cintas a las que están adjudicados. CONTADORES PRODUCTOS RECIBIDOS, ALMACENADOS Y PEDIDOS VARIABLES TIPO DESCRIPCIÓN CONRA CTUD Contador encargado de llevar la cuenta de productos azules que han sido recibidos del proveedor. Si este tiene un valor superior a 54 hacen que se pare de recibir productos azules del proveedor. CONRV CTUD Contador encargado de llevar la cuenta de productos verdes que han sido recibidos del proveedor. Si este tiene un valor superior a 54 hacen que se pare de recibir productos verdes del proveedor. CONRP CTUD Contador encargado de llevar la cuenta de productos plateados que han sido recibidos del proveedor. Si este tiene un valor superior a 54 hacen que se pare de recibir productos plateados del proveedor. CONAA CTUD Contador encargado de llevar la cuenta de los productos azules almacenados en la estantería de productos azules CONAV CTUD Contador encargado de llevar la cuenta de los productos azules almacenados en la estantería de productos verdes CONAP CTUD Contador encargado de llevar la cuenta de los productos azules almacenados en la estantería de productos plateados CONPA CTUD Contador encargado de llevar la cuenta de productos azules que han sido pedidos. CONPV CTUD Contador encargado de llevar la cuenta de productos verdes que han sido pedidos. DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 50 Tabla 4-13: Contadores de los productos recibidos, almacenados y pedidos También se ha necesitado crear unas variables de tipo ARRAY las cuales se han utilizado para saber tanto las celdas ocupadas en las estanterías, como para almacenar los datos de los diferentes pedidos o el número de los pedidos ya entregados. Tabla 4-14: Matrices del programa Algunas variables también han sido creadas debido a su utilidad en algunas zonas del proyecto como en las bases giratorias. Un ejemplo de estas pueden ser “TURNOVERDE” o “TURNOAZUL” o “TURNOPLATEADO” las cuales han ayudado a saber cuándo podía una variables de cada tipo entrar en la base giratoria número 1. Estas se crearon ya que había tres zonas por las que se podían entrar a la base giratoria y se necesitaba un orden. Otras variables internas que se han creado han sido las correspondientes a las SCADAS o a los modos de funcionamiento, las cuales serán explicadas aunque en menor profundidad en el apartado dedicado a esto. Para finalizar este apartado, explicar que todas estas variables enseñadas son variables globales. Esto se debe a que era necesario que pudieran enlazarse entre diferentes POUs. Aunque también se han utilizado otras variables locales que solo se han necesitado en POUs específicas y se ha querido disminuir en todo lo posible el tamaño de la lista de variables globales. 4.2 Programación del controlador Para la hora de la programación, hemos utilizado en su mayoría grafcet para todas las partes del proyecto. CONPP CTUD Contador encargado de llevar la cuenta de productos plateados que han sido pedidos MATRICES VARIABLES TIPO DESCRIPCIÓN MATRIZAA ARRAY Matriz encargada de almacenar y mostrar cuales celdas de la estantería de productos azules están ocupadas. MATRIZAV ARRAY Matriz encargada de almacenar y mostrar cuales celdas de la estantería de productos verdes están ocupadas. MATRIZAP ARRAY Matriz encargada de almacenar y mostrar cuales celdas de la estantería de productos plateados están ocupadas. MATRIZPEDIDOS ARRAY Matriz encargada de almacenar y mostrar tanto el tipo de producto que se ha pedido, como la sala donde la cual se ha pedido y el número de pedido. PEDIDOSENTREGADOS ARRAY Matriz encargada de almacenar y mostrar los pedidos que ya han sido entregados. 51 Automatización y picking de un almacén logístico Ladder se ha utilizado para todos los contadores y ST para el trabajo con la variable REAL y para el envío de funciones que sirven para controlar las apiladoras u otras para la elevadora. Comenzaremos explicando la función de las POUs con ejemplos de código SFC, ST y LD. A continuación, se muestra una imagen del total de las POUs de nuestro programa. Algunas de ellas están llamadas durante todo el funcionamiento del programa y otras son llamadas dependiendo del modo de funcionamiento en el que se encuentra el programa. Figura 4-8: Lista de POUs CODESYS 4.2.1 Descripción de las POUs En primer lugar, explicaremos el contenido y el funcionamiento de las POUs dedicadas a los contadores. Dentro de las POUs dedicadas a esto podemos encontrar las POUs llamadas “CONTADORESALMACENES”, “CONTADORESCINTAS”, “CONTADORESPEDIDOS” Y DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 52 “CONTADORESPROVEEDORES”. En el POU CONTADORESPROVEEDORES podemos encontrar los contadores CONRA, CONRV y CONRP. Estos contadores tienen la función de llevar el recuento de los productos que se han recibido de los proveedores para que, teniendo en cuenta los pedidos ya enviados desde el almacén, nunca se superen de 56 pedidos de cada tipo enviados a cada estantería ya que es el máximo número de productos que caben en cada estantería. En el primer contador podemos observar que con la variable RS3, la cual es la que nos dice cuando hemos recibido un producto azul de los proveedores, se aumenta en uno el valor del contador. Y con la variable AASOLTAR, la cual es la utilizada para decir que hemos enviado en pedido azul a un cliente, la disminuimos en uno. La variable PALETAZUL es la variable que se activa cuando el operario aparta un producto que ha ocasionado una parada de emergencia. Figura 4-9: POU CONTADORESPROVEEDORES CODESYS 53 Automatización y picking de un almacén logístico La siguiente POU que comentaremos es CONTADORESPEDIDOS. En esta POU, aparte de otros contadores que no se utilizan en el programa y que solo se utilizan para llevar un recuento específico de cada tipo de pedido, encontramos los contadores CONPA, CONPV y CONPP. Estos contadores serán utilizados para llevar el recuento de aquellos productos que han sido pedidos y se requieren del almacén. Por ejemplo, en el contador CONPA, las variables PEDIDOAZUL1, PEDIDOAZUL2 Y PEDIDOAZUL3 son las variables que nos dicen cuándo se ha pedido un producto azul a cada una de las salas y estas aumentan en uno el valor del contador. Luego la variable SA6, que es la que muestra cuando un producto azul sale de su estantería lo disminuye en uno. La variable PEDIDOAZUL es la correspondiente a los pedidos ya enviados que han sido apartados ya que han ocasionado una parada de emergencia. DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 60 Figura 4-16: POU GIR2 CODESYS Ahora comentaremos la función de las POUs dedicadas a el almacenaje de los productos en las estanterías gracias a la apiladora de productos. Para cada una de las POUs dedicadas a cada una de las estanterías, se han establecido dos ciclos diferentes, uno dedicado a colocar los productos en las estanterías y otro dedicado a sacarlos de ella. De ejemplo comentaremos la POU AlmacenA. Al iniciar la POU, en primer lugar se comprueba el valor del número de pedidos que se ha realizado. Si el valor es mayor que cero, se completa el ciclo dedicado a soltar un producto de la estantería. Explicar que este contador solo será mayor que cero si se ha comprobado antes que hay productos en la estantería, de no ser así, no se podría haber pedido ningún producto de este tipo. Si el contador vale cero y se detecta un producto en la entrada de la estantería se procede a completar el ciclo de colocarlo en la estantería. Para cada uno de estos ciclos, se habrá establecido antes cuales cavidades de la estantería están llenas y cuales vacías, con la matriz rellenada con anterioridad MATRIZAA, para saber el orden de recogida y suelta de productos. 61 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 4-17: POU AlmacenA FACTORY IO A la hora de rellenar o de vaciar cada una de las estanterías con productos, se comprueban cuáles son las baldas que están ocupadas para seguir un orden. A continuación, se muestra una parte del POU ALMACENES dedicado a conseguir este control para la estantería de productos azules. Para ello se ha creado la matriz MATRIZAA. Esta matriz, de dimensión 6x9, será la encargada de almacenar cuales son las baldas que están ocupadas. En la POU ALMACENES, cuando se quiera almacenar un producto en la estantería de DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 62 productos azules que será cuando se active la variable AACOLOCAR, se iniciará un FOR el cual leerá cual es la primera balda vacía para introducir el producto en la misma. Si se inicia el proceso de sacar un producto, el cual comenzará cuando se active la variable AASOLTAR, se volverá a leer la matriz para saber cuál es la primera balda que está llena para vaciarla. 63 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 4-20: POU ALMACENES CODESYS Figura 4-19: POU ELEVADOR CODESYS Figura 4-18: POU ALMACENES CODESYS Ahora comentaremos, la POU dedicada a el elevador de productos denominada “ELEVADOR”. Esta POU al solo tener una entrada, solo necesitará un ciclo de maniobrabilidad. En primer lugar, detecta cuando un producto llega a la entrada de la apiladora con la variable ES2 y pone en marcha la cinta del elevador para subir el producto. Después, la variable ALTURAELEVADOR de tipo INT se pone al valor correspondiente al piso al cual debe ir el pedido. Al llegar, se pone en marcha de nuevo la cinta y espera a detectar que ya ha salido con la variable ES6. Una vez salido, el elevador vuelve a la planta baja a recoger el siguiente producto. Otra POU utilizada es la POU “EXTPRODUCTO” la cual se encarga del funcionamiento del brazo robótico. Para explicar esta POU se mostrará otra POU denominada “C8” la cual es la dedicada al movimiento de la cinta “EC3”. En esta última POU se ha aplicado una solución para el problema del movimiento del producto final en la superficie superior de los pallets. Esto se ha conseguido con la implantación de 4 sensores “P1”, “P2”, “P3 “y “P4” junto con una variable interna denominada “P” de tipo INT la cual hace que valiendo 50 sea cuando el producto final se encuentre justo debajo del brazo robótico. Una vez esta bien situado se procede a desarrollarse el POU “EXTMEDICAMENTO” consiguiendo así desplazar de forma correcta el producto final del pallet. DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 64 Figura 4-22: POU C8 CODESYS Figura 4-21: POU EXTPRODUCTO CODESYS En la siguiente imagen se muestra una parte de la POU ALMACENES, donde se consigue que el producto acabe justo debajo de la grúa de productos, consiguiendo así que se pueda extraer con facilidad con el uso de los sensores P1, P2 P3 y P4. La diferente activación de estos sensores hace que varía el valor de la variable P haciendo que, cuando esta variable valga 50, lo cual sería cuando el producto esté centrado, se active la recogida de productos. 65 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 4-23: POU ALMACENES CODESYS Una vez que el producto final ya es separado del pallet se le envía a través de la cinta EC4 y al final de esta se encuentra con el sensor TIPOMED2. Este sensor da un valor de tipo INT dependiendo del tipo de producto que ha llegado y según este producto y gracias a la POU denominada “C10”, se envía el producto a la sala que le corresponda. En las imágenes a continuación se observa esta POU C10. DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 66 Figura 4-24: POU C10 CODESYS 67 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 4-25: POU C10 ampliada CODESYS Gracias a la variables “PISO1SALA1”, “PISO1SALA2” y “PISO1SALA3” podemos saber la sala a la cual esta destinado el producto. Estás variables se activan en la POU ALMACENES. En esta POU, al llegar un producto a la zona de envío y conocer el tipo de producto que es, se realiza una lectura de la matriz “MATRIZPEDIDOS”, buscando el primer pedido de este tipo de producto, para conocer la sala a la que está enviado y activando después la variable correspondiente a cada sala. A continuación se muestra una parte de la POU ALMACENES, donde se realiza esta funció. DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Y DE LA PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR 68 Figura 4-26: POU ALMACENES CODESYS La matriz MATRIZ PEDIDOS ha sido rellenada antes de realizar esta función. Esta matriz, de dimensión 30x3, recoge los datos del tipo de producto pedido, la sala a la cual se ha pedido y el número de pedido del mismo. A continuación se mustra como se introducen estos datos. 69 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 4-27: POU ALMACENES CODESYS Para llevar la cuenta de los pedidos entregados, se ha creado un vector denominado ”PEDIDOSENTREGADOS”, en el cual introducimos el número de los pedidos que han sido entregados. A continuación se muestra como se ha realizado dentro de la POU ALMACENES. SCADA 74 Al seleccionarlo, el programa comprobará si hay stock de ese producto y si no lo hay nos devolverá un mensaje de error, el cual aparece en la siguiente imagen. Después de esto, podremos seleccionar un nuevo botón denominado “Nuevo pedido”, el cual nos devolverá al menú principal. Figura 5-7: Error disponibilidad de stock CODESYS Si hay stock, nos devolverá otra pantalla para elegir la sala a la que queremos que nos mandé el producto. Al seleccionarla nos aparecerá otra pantalla donde Después de esto el programa guardará Figura 5-8: Elección de sala CODESYS Al seleccionar la ubicación del pedido, el programa guardará la información del mismo junto con un número de pedido para rastrearlo. Este número nos saldrá al terminar el pedido junto a un botón denominado “Pedido finalizado”, el cual nos devolverá al menú principal. 75 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 5-9: Número de pedido CODESYS 5.2.2 Comprobación del Stock Otra función importante que ha sido integrada es la denominada “Comprobación de stock”. Esta nos permitirá ver el nivel de stock de cada producto, información importante tanto para el que quiere realizar un pedido como para los encargados de la planta. Esta información aparecerá enumerada por productos junto con una gráfica que, aunque aparezca como número máximo el 60, en realidad será el 54, el cual es la capacidad máxima de cada estantería. Figura 5-10: Nivel stock CODESYS SCADA 76 5.2.3 Comprobación de pedidos Otra función importante para el cliente es la denominada “Comprobación de pedidos”. Esta nos permitirá, gracias al número del pedido que nos ha dado antes el programa, informarnos sobre el estado de nuestro pedido, entregado o no entregado. Se introducirá el número del pedido pulsando sobre el recuadro blanco de la siguiente imagen y después se pulsará el botón naranja situado en la parte inferior. Si la elipse se pone de color verde, el producto habrá sido entregado, si se pone rojo, el producto no ha sido entregado. Figura 5-11: Comprobación pedidos CODESYS En la siguiente imagen podemos ver el teclado emergente que nos saldría al pulsar sobre el recuadro blanco. En este se introduciría el número del pedido y se pulsaría el botón de “OK”. Figura 5-12: Teclado comprobación pedidos CODESYS 77 Automatización y picking de un almacén logístico 5.2.4 Observación de la SCADA de la planta Una de las mayores necesidades para un operario de la planta es la de comprobar el estado de la misma. Esto se ha conseguido introduciendo otra función la cual se ha denominado “SCADA PLANTA” y con a que podremos ver que partes de la planta están en movimiento y el número de productos en cada cinta y en cada estantería. También se ha introducido un medidor situado en la parte superior izquierda el cual nos dice la situación del producto final debajo de la mano de la grúa. Cuando la aguja apunta hacia la zona verde, significa que el producto final está bien situado. Figura 5-13: Comprobación estado planta CODESYS 5.2.5 Resolución de errores La última de las funciones se ha implementado debido de algunos fallos que surgían durante la simulación del proyecto como desvíos de productos en las cintas o golpes debidos al delay entre los programas. Esta función tiene dos objetivos. Uno es el de hacer que cuando surge un error el cliente no tenga la opción de pedir productos hasta que se ha arreglado. El otro es el dar parte del error y llevar la cuenta de los productos tanto de los enviados como de los recibidos. En la imagen siguiente se puede observar la pantalla que emerge cuando se pulsa el botón de parada de emergencia debido a un error. SCADA 78 Figura 5-14: Error fallo en la planta CODESYS Cuando se pulse el botón de la imagen anterior, el programa nos enseñará una gráfica de la planta donde distinguiremos una zona roja y otra blanca. El operario encargado del error deberá seleccionar la zona donde ha ocurrido el error. Figura 5-15: Elección zona del error fallo en la planta CODESYS Para que no haya exceso de productos tanto recibidos por los proveedores o que no haya falta de productos 79 Automatización y picking de un almacén logístico enviados a los clientes, se lleva una cuenta exhaustiva de estos productos. Debido a esto es por lo que se han diferenciado dos zonas. Si un producto se encontraba en la zona blanca es debido a que era un producto que había sido recibido del proveedor y se estaba enviando a las estanterías para almacenarlo. Este producto estaba dentro de las cuantas para no exceder el número de productos de ese tipo que cabían en su estantería por lo que, si el error había causado que un producto en esta zona fuera retirado, este debía descontarse de estas cuentas para pedir más al proveedor y volver a ocupar el total de los espacios de las estanterías. Debido a esto se nos da la opción de decir el tipo de producto que era y cuantos productos han debido de ser retirados. Si no hubiera hecho falta retirar ningún producto se pulsa el botón que se ve en la parte inferior de la siguiente imagen y nos devolvería al menú principal. Figura 5-16: Elección tipo de producto recibido origen error CODESYS La zona roja es la zona de aquellos productos que ya han sido enviados a los clientes por lo que todo producto retirado de esta zona debe tenerse en cuenta en el número de productos pedidos para que no hay un cliente que se quede sin su producto. Debido a esto se nos presentaría otra pantalla como la anterior donde podremos seleccionar el tipo del producto y el número de productos retirados para sumarlos al contador encargado de solicitar los productos a cada almacén. Esta pantalla se puede observar en la siguiente imagen. SCADA 80 Figura 5-17: Elección tipo de producto enviado origen error CODESYS 5.3 Modos de control Cualquier Sistema o Proyecto automatizado debe tener siempre unos modos de control establecidos ya que son necesarios para cualquier tipo de situación. Por ejemplo, si durante un proceso automático surgiera un error, la intención sería no tener que apagar el sistema y que, pulsando un botón situado cerca de la zona de error, se pueda pausar el programa y solucionar el problema para volver a ponerse en marcha en cualquier momento sin perder las situaciones antes del fallo. Se han establecido diferentes modos de control para cada momento logístico Para empezar un día cualquiera en el que se necesite el almacén automatizado se inicia el programa y se pulsa cualquier botón de automático de cualquiera de las tres zonas. A partir de ese momento el programa se encuentra automatizado y todo sigue un orden establecido. Si se necesita una parada, tanto de emergencia como una parada normal se pulsa o el botón de parada de emergencia o el de parada normal pero las dos funcionan similares menos por un detalle que veremos a continuación. Luego si se quiere salir de la parada de emergencia, se deberá pulsar de nuevo el botón de emergencia de la misma zona de la que se haya pulsado antes y luego se deberá pulsar el botón de automático de la misma zona que se haya pulsado antes y se volvería a la situación inicial. De la parada normal se podrán tomar dos caminos: uno, que el botón de parada se hubiera pulsado para comprobar algo y se pueda seguir trabajando solamente pulsando el botón de automático de la misma zona del botón de parada. O dos, que se haya parado la producción por el final de un día laboral y se quiera limpiar el almacén por completo. Entonces se pulsaría el botón de rearme para poner todos los actuadores de cintas en activo junto con un POU dedicado a la extracción de productos de las estanterías y los eliminadores de productos. También se quedarían en inactivo los emisores de productos. En la imagen siguiente se observan las fases de automatización y de parada de emergencia con la intención de volver al estado automático. 81 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 5-18: POU MODOFUNCIONAMIENTO 1 CODESYS Y en la de ahora, se observan las fases de parada para la próxima elección de volver a la automatización o terminar la misma con un rearme del almacén Figura 5-19: POU MODOFUNCIONAMIENTO 2 CODESYS 5.3.1 Automático Este apartado es el principal del proyecto ya que cuando nos situamos en él, el programa es capaz de funcionar de forma independiente para resolver la función para la cual ha sido programado. Durante este modo de control, se llamarán al resto de POUs menos a “ALMACENESREARME”, “AlmacenAREARME”, “AlmacenPREARME”, “AlmacenVREARME”, “REARME”, “PARADAEMERGENCIA” y “AUTOMATICO”. En la siguiente imagen se pueden observar el resto de POUs. SCADA 82 Figura 5-20: POU AUTOMÁTICO CODESYS 5.3.2 Parada de emergencia y parada Este modo de control tiene dos posibilidades, que haya sido llegado después de que se haya observado un error y se haya pulsado el botón de emergencia que se haya realizado una parada para o, volver al automatismo o, realizar un rearme en el almacén. De cualquiera de los dos casos las POUS del automatismo se desactivan y se apagan todos los actuadores para conseguir un estado de cero movimientos. Esto se observa en la siguiente imagen. 83 Automatización y picking de un almacén logístico Figura 5-21: POU PARADAEMERGENCIA CODESYS Si se ha parado de emergencia se deberá hacer un formulario sobre el fallo por el SCADA como se ha comentado anteriormente y si se ha parado de forma normal, se puede continuar como se quiera. 5.3.3 Rearme El rearme es el modo de control que se necesita para volver al almacén a su estado normal e inicial. Con este modo, se consigue vaciarlo completamente, volviendo las variables a su estado inicial y reseteando todos los posibles contadores. 90 7 RESULTADOS FINALES Y CONCLUSIONES ada vez son más las empresas e industrias que buscan la innovación y el perfecto control en sus sistemas de almacenaje. Algunas las cuales basan su sistema de picking en satisfacer pedidos en zonas cercanas al almacén de forma rápida y eficiente son las que más pueden llegar a necesitar formas de automatización como la referida en este proyecto. Este ha sido un proyecto basado en satisfacer estas necesidades de una forma sencilla, con un objetivo y unas características adaptadas al mismo. Para cada tipo de proyecto se usan máquinas diferentes, se procesan pedidos diferentes y se establece un control diferente por lo que es importante ser preciso en cada uno y hacer un estudio previo del mismo. Realizar este proyecto con la simulación 3D ha hecho que vea como de útil puede llegar a ser la implementación de programación en almacenes y como de autónomo pueda llegar a serlo consiguiendo así que una persona detrás de un ordenador, después de haber realizado el trabajo de implantación de sistemas físicos, pueda llegar a encargarse del trabajo que realizarían un grupo de operarios ubicados físicamente en el almacén. Y no solo una implantación inicial, sino ser capaz de variarla de forma que, en cualquier momento de la vida útil del almacén, este se pueda volver a programar de forma diferente según las peticiones de la empresa encargada. Para terminar, comentar que se ha intentado explicar lo máximo posible el funcionamiento del proyecto, pero sin lugar a dudas no tiene comparación a ver el funcionamiento del programa hecho en CODESYS y el hecho en FACTORY IO. Debido a esto, incluiré unos enlaces en los anexos finales donde se podrán descargar los archivos de CODESYS Y FACTORY IO junto con videos del funcionamiento para mejorar el entendimiento del proyecto. C 91 REFERENCIAS [1] Codesys, «Definición Codesys» [En línea]. Available: https://www.codesys.com/thesystem.html#:~:text=CODESYS%20is%20a%20software%20platform,convenient%20configuration%2 0of%20automation%20applications. [2] Factory IO, «Definición Factory IO» [En línea]: https://docs.factoryio.com/ 92 ANEXOS ANEXO A: video https://drive.google.com/file/d/1LbjICX2b5K8VjIpzTLlDHOItUYRRWTA5/view?usp=sharing ANEXO B: Archivo CODESYS https://drive.google.com/file/d/1U70cHcYVlnTxzwBrJnDWn69zzCqVcDva/view?usp=sharing ANEXO C: Archivo FACTORY IO https://drive.google.com/file/d/1nsWS9IgL2cuuh3IcsgzTMjj6kAcV2paz/view?usp=sharing