Sterowniki Beckhoff fundamentem automatycznego sklepu spożywczego ZINU SHOP - technologia korzyści Beckhoff dla całodobowej wygody klientów

Sklepy autonomiczne to przyszłość szybkich zakupów. W podróż do tej przyszłości wyruszyła kilka lat temu firma Delfin, która od ponad dwudziestu lat dostarcza artykuły pierwszej potrzeby dla małych społeczności lokalnych. Dziś dysponuje dziewięcioma placówkami na terenie Małopolski i Śląska. W 2017 r., piętnaście lat po otwarciu pierwszego sklepu, Delfin rozpoczął pracę nad projektem autonomicznego sklepu. Już cztery lata później przeprowadzane zostały pełnoprawne, otwarte testy. Niemal od samego początku przy pracach nad ZINU SHOP obecna była firma Beckhoff.

Całkowicie zautomatyzowany sklep czynny całą dobę

ZINU SHOP miał być w pełni automatycznym sklepem oferującym asortyment zbliżony do tradycyjnych placówek i działającym nieustannie przez cały rok (nie wyłączając świąt). W tym celu autorzy przyjęli kluczowe założenia: zapewnienie całkowitej pojemności na poziomie 300‒400 indeksów oraz niezawodności – stanowiącej podstawę do zyskania zaufania konsumentów.

Technologię – objętą zgłoszeniem patentowym o numerze EP22460019 – zamknięto wewnątrz prostopadłościennej izolowanej obudowy z płyt warstwowych. Zapewnia ona m.in.: możliwość przechowywania produktów wymagających niskich temperatur, utrzymywanie stałej temperatury niezależnie od zewnętrznych warunków atmosferycznych czy instalację dodatkowych urządzeń – typu nośniki reklamowe, paczkomaty, automaty kawowe itp. Jednym z najważniejszych rozwiązań użytych w projekcie jest hybrydowy układ konfekcjonowania i wydawania produktów, który integruje powszechnie znane rozwiązania z maszyn vendingowych, z autorskimi mechanizmami wykonanymi w oparciu na technologii druku 3D. Dzięki temu ZINU SHOP oferuje praktycznie każdy rodzaj produktu – od małego i delikatnego, jak lizak czy saszetka przypraw, do większego, jak opakowanie papierowych ręczników czy ziemniaki.

Innowacyjne funkcje dla maksymalnej wygody klientów

Dlaczego ZINU SHOP jest wyjątkowy? Przede wszystkim dzięki możliwości realizowania zakupów i dostaw jednocześnie. Sklepy automatyczne zbudowane w oparciu na maszynach vendingowych nie dają tej możliwości – wymagałoby to otwarcia frontowej ściany. W ZINU SHOP dostawy realizowane są z przestrzeni załadunkowych ulokowanych z tyłu urządzenia, które ponadto chronią przed wymianą temperatur oraz zanieczyszczeń ze środowiskiem zewnętrznym. Dwie jednostki zakupowe pozwalają na kompletację koszyka w tym samym czasie przez dwóch klientów. ZINU SHOP cechuje też wysoka pojemność, wynosząca ok. 350 indeksów (SKU).

Każdy z produktów w ofercie to inny typ opakowania – puszki, butelki, tacki, woreczki, kartony, kubeczki – zachowujący się w różny, trudny do zdefiniowania sposób. Aby zredukować ryzyko nieprzewidzianych ruchów, produkty opisano kilkoma parametrami: wymiary, masa, odporność i pozycja. Algorytm uwzględnia je, generując trajektorie kompletowania, oraz zwraca uwagę na datę przydatności produktów i optymalizację czasu procesu. Technologia przekłada się na wysoki poziom niezawodności – odsetek reklamacji wynosi poniżej 0,5‰. Średni czas wydawania pojedynczego produktu w ZINU SHOP to 10 sekund. Uwzględniając bieżący popyt klientów, roczna liczba sprzedanych produktów wynosi ok. 50 tys. sztuk.

Największe wyzwania technologiczne

Celem projektu było stworzenie praktycznie bezawaryjnego, wydajnego urządzenia. Istotne było także zaprojektowanie półek wewnątrz, aby klient miał dostęp do asortymentu o różnej wielkości. W czasie testów znacznie przyspieszono prędkość działania maszyny i zmodernizowano sposób zasilania z trójfazowego na jednofazowy, dzięki czemu można urządzenie podpiąć niczym czajnik kuchenny.

Zasilanie całego urządzenia z sieci jednofazowej przy zachowaniu wymaganego przyspieszenia i prędkości napędów było największym wyzwaniem. Serwonapęd AX8000 umożliwił przystosowanie się do zasilania jednofazowego, a dodatkowe wykorzystanie dławika sieciowego (AX2090-ND80-0010) pozwoliło zachować założone parametry ruchu. Dodatkowo konieczne stało się opracowanie systemu optymalizacji torów ruchu, by przyspieszyć proces wydawania produktu przy zachowaniu stref kolizji. Chcąc zrealizować te wytyczne, autorzy potrzebowali komputera przemysłowego z wydajnym procesorem i pamięcią RAM o pojemności min. 4 GB. W celu zapewnienia bezpieczeństwa maszyny i użytkowników zastosowano serwonapędy z funkcją STO.

Architektura sterowania ZINU SHOP

Sterowanie rozbito na trzy osobne wyspy I/O. W szafie głównej umieszczono sterownik IPC, główne moduły I/O i safety oraz serwonapędy AX8000 z technologią Safety over Ethercat. Jako główny moduł Safety zastosowano EL2911 ze zintegrowaną logiką TwinSAFE. Druga z szaf zawiera jedynie moduły wyjść EL2889 do sterowania półkami z napędem własnym. Ostatnią z szaf umieszczono na mechanicznym układzie kartezjańskim do sterowania napędami osi X. W projekcie wykorzystano sterownik PLC C6017-0010 z procesorem Intel Atom™ E3845 (C9900-C583). Autorzy ZINU SHOP nie używają standardowych projektów wizualizacji (panel, HMI) – stworzyli własną aplikację, w skład której wchodzi: interfejs systemu kas samoobsługowych, system magazynowy, system zarządzania dostawami i system nadzoru.

Sterownik Beckhoff jest połączony z systemem nadrzędnym, który zarządza panelami dla klientów, koszykiem zakupowym, dostępnością produktów, terminami ważności produktów i procesem płatności. PLC sprawdza, czy i jak produkt został pobrany z półki, a następnie wymienia dane z systemem nadrzędnym w celu ustalenia dalszego działania: potwierdzenia pobrania produktu/zablokowania półki/pobrania identycznego produktu z półki zapasowej/zakończenia zakupów.

W projekcie zastosowano oprogramowanie TwinCAT w wersji 3.1.4024.7, które zapewniło integrację z Visual Studio, szybkie, automatyczne rozpoznawanie urządzeń w sieci EtherCAT oraz przejrzystość parametrów urządzeń – np. osi napędów. Do komunikacji z systemem klimatyzacji oraz czujnikami temperatury i wilgotności został wykorzystany moduł EL6022 (RS485) z protokołem MODBUS/RTU oraz moduł EL3204 do pomiaru temperatury z wykorzystaniem czujników Pt1000.

Technologia korzyści Beckhoff

"Stosując większość urządzeń bezpośrednio od firmy Beckhoff, zaoszczędziliśmy czas i zasoby, gdyż nie musieliśmy tracić ich na konsultacje i wyjaśnienia z innymi producentami", przyznają autorzy projektu: Piotr Ostrowski, Krzysztof Marmol oraz Artur Kowalski. "Beckhoff dostarczył nam wszystko szybko i sprawnie".

Modułowość systemu to duża zaleta dla działalności badawczo-rozwojowej. Ułatwia znacząco konfigurację systemu i jego ewentualną rozbudowę w kolejnych etapach projektu. Dzięki kompaktowej konstrukcji terminali EL7221 i EL7031 autorzy mogli zbudować cały system osi X i przenośnika w małej szafie sterowniczej. Ponadto moduł EK1818 stanowi świetną alternatywę dla modułów EL1008 i EL2008, gdy nie wymaga dużej liczby wejść/wyjść. Technologia kablowa OCT ułatwia połączenia napędów, zajmuje mniej miejsca i nie generuje konieczności stosowania dużych prowadników kablowych. Aplikacja firmy Delfin oraz oprogramowanie TwinCAT pracują na tym samym komputerze przemysłowym – dzięki czemu nie zaistniał wymóg zakupu osobnego komputera dla aplikacji.

ZINU SHOP sklepową rewolucją w Krakowie

"Sklepy ZINU stały się rozpoznawalne przez mieszkańców Krakowa. To sprawia, że jako inżynierowie jesteśmy dumni, gdyż zazwyczaj owoce naszej pracy są zauważalne tylko przez niewielu ludzi w niewielkich częściach fabryk", mówią z zadowoleniem twórcy ZINU SHOP. "Nasz projekt został też dostrzeżony przez lokalnych youtuberów".

W 2022 r. prace technologiczne nad autonomicznym sklepem spożywczym osiągnęły finalny efekt. Główna uwaga skierowana jest teraz na działania promujące zautomatyzowaną formę zakupów spożywczych. To obszar, w którym trzeba wykonać sporo pracy, by zbudować świadomość wśród konsumentów. Na chwilę obecną w zautomatyzowanych sklepach dominuje sprzedaż przekąsek i napojów, podobnie jak w popularnych automatach vendingowych. Najważniejszym zadaniem jest uzyskanie efektu skali, który zarówno poprawi świadomość konsumentów, jak i pozwoli na poprawę rentowności. W tym celu zespół ZINU SHOP prowadzi poszukiwania inwestorów, którzy mogą pomóc przyspieszyć ten proces.

Beckhoff Automation Sp. z o.o.
Żabieniec
ul. Ruczajowa 15
05-500 Piaseczno
tel.: +48 22 750 47 00
info@beckhoff.pl
www.beckhoff.pl