EtherCAT sincroniza el movimiento de 1216 servo ejes en el Aeropuerto Changi, Singapur

‘Kinetic Rain’, la simbiosis perfecta entre la tecnología y el arte

Redacción Interempresas10/05/2013

Los viajeros y los visitantes del Aeropuerto Changi de Singapur que acceden a la terminal 1 son cautivados por la escultura cinética ‘Kinetic Rain’ mientras pasean por esta terminal modernizada. El concepto artístico de la instalación y el diseño computarizado de la coreografía vienen de la mano de la empresa Art+Com AG de Berlín, Alemania. En alusión a las lluvias tropicales, la instalación está compuesta por 1.216 gotas de aluminio extremadamente brillantes, recubiertas de cobre. Están colgadas del techo con finos cables de acero y cada una se mueve individualmente gracias a un pequeño servomotor. Durante un espectáculo de 15 minutos, las gotas se agrupan formando diferentes representaciones relacionadas con el concepto de volar. La realización técnica completa de ‘Kinetic Rain’, inclusive el software, estuvo a cargo de MKT AG, una empresa experta en instalaciones cinéticas. El desafío de mover 1216 ejes servo de forma sincronizada se solucionó mediante el uso de EtherCAT, TwinCAT y los servoaccionamientos compactos en forma de un terminal de bus.

“La interacción armoniosa entre más de mil gotas también simboliza las muchas personas que día a día se encargan de que los viajeros y los visitantes del aeropuerto Changi queden positivamente sorprendidos y lo recuerden con agrado”, comenta Yeo Kia Thye, vicedirector de operaciones de aeropuerto del Changi Airport Group.

La instalación, compuesta por dos campos interrelacionados con 608 gotas cada uno, abarca una superficie total de más de 75 metros cuadrados y alcanza una altura en el recinto de más de 7,3 metros. El concepto artístico de esta instalación poco habitual es de la agencia Art+Com de Berlín. La realización técnica del proyecto completo y la programación fueron asumidas por la MKT AG de Olching, cerca de Múnich, Alemania. Para la programación y la realización del sistema de control, esta empresa especializada en instalaciones cinéticas contó con el apoyo de Beckhoff. “Con ‘Kinetic Rain’ hemos realizado el proyecto más exigente de este tipo de nuestra historia”, comenta Axel Haschkamp, miembro de la junta directiva de MKT AG: “En este proyecto se invirtieron más de 2.000 horas de trabajo de ingenieros. Uno de los desafíos más especiales fue el transporte hasta Singapur de la instalación de 30 toneladas, completamente lista”.

El movimiento preciso de 1.216 ejes planteó requisitos extremadamente elevados al sistema de control de ‘Kinetic Rain’. Además eran necesarias una elevada disponibilidad, una forma de construcción compacta de los componentes, así como la sustitución de componentes sin direccionamiento. “Una de las condiciones más importantes de nuestro cliente, el aeropuerto Changi, fue que la instalación funcionara durante las 24 horas del día. Aunque un eje individual falle, el espectáculo debe continuar”, añade Peter Haschkamp, también miembro de la junta directiva de MKT.

Durante un espectáculo de 15 minutos, las 1216 gotas se agrupan formando 16 diferentes representaciones relacionadas con el concepto de volar.

¿Cómo se controlan 1.216 ejes de forma sincronizada?

“El movimiento sincronizado de 1.216 ejes es uno de los puntos más destacados de este proyecto”, destaca Raphik Shahmirian, del departamento de ventas de Beckhoff en su sede en Múnich, quien fue responsable de la realización técnica de ‘Kinetic Rain’ en estrecha colaboración con MKT. Además debía cumplirse con elevados requisitos de dinámica, precisión y velocidad de los movimientos. Las gotas se mueven con una velocidad de 1,5 m/s y una aceleración de 1,4 m/s². El movimiento debe ser dinámico y a la vez continuo y no presentar ningún tipo de sacudidas. MKT encontró la solución para esta tarea en la plataforma de control de Beckhoff basada en PC y EtherCAT, con técnica compacta de servoaccionamiento.

La estructura plana hace que el PC industrial C6525 sea especialmente adecuado para el montaje en espacios reducidos. Gracias a una memoria opcional SSD y a técnicas de enfriamiento pasivo, el C6525 no presenta componentes rotativos.

Un PC industrial central de tipo C6525 se encarga del control. Este se comunica con el ordenador GUI especial de MKT a través de TwinCAT ADS. Simultáneamente, el ordenador controla los 1.216 ejes centralmente a través de TwinCAT NC PTP y actúa como maestro. A través de la función de discos de levas, el ordenador maestro coordina la distribución de los datos de posición en los seis ordenadores esclavos, cada uno de los cuales tienen asignados 192 ó 208 ejes respectivamente, y se encarga de la sincronización de todos los ejes mediante fijación de un eje maestro como referencia (véase el gráfico). La comunicación tiene lugar en tiempo real a través de EtherCAT hasta los accionamientos. El ordenador GUI de MKT sirve para la visualización, pero también contiene el espectáculo en forma de una tabla, donde se encuentran determinados los datos de posición de cada gota, a intervalos de 200 ms. Esto corresponde a cinco imágenes por segundo. El movimiento sin sacudidas y percibido como continuo por el ojo humano, se genera mediante interpolación en TwinCAT NC PTP. Aquí se calculan respectivamente 100 posiciones intermedias para cada gota utilizando un algoritmo Spline en una tarea NC de 2 ms. Estos cálculos tienen lugar en cada ordenador esclavo para los ejes locales que le fueron asignados.

La intención artística de mover las gotas de forma sincronizada en una especie de película 3D sólo es posible mediante el uso de EtherCAT y TwinCAT NC PTP. Mientras que el maestro mantiene todos los ejes sincronizados entre sí, los ordenadores esclavo calculan cada 2 ms las posiciones de los ejes que les fueron asignados y las comunican en tiempo real a los servoaccionamientos a través de EtherCAT.

Servoaccionamiento compacto en terminal de 12 mm

La exactitud de movimiento de los ejes individuales es extremadamente precisa y alcanza un valor de 1 mm, para una longitud total de 7,6 m. El desfasaje máximo entre dos gotas es de 0,25 mm. Cada gota es controlada mediante un terminal de servomotor EtherCAT EL 7201 y un servomotor de tipo AM3121. “Con los servoterminales, que se ubican impecablemente en el tramo de terminales EtherCAT, hemos encontrado una solución extremadamente compacta, que cumple perfectamente con las condiciones constructivas para un espacio de montaje limitado en el techo del edificio”, destaca Peter Haschkamp. La tecnología del servoaccionamiento ofrece además ventajas dinámicas y permite transiciones continuas.

Con los servoterminales de Beckhoff, que se ubican impecablemente en el tramo de terminales EtherCAT, y los servomotores AM3121, MKT encontró una solución de accionamiento compacta, que se corresponde perfectamente con el estrecho espacio de montaje en el techo de la terminal del aeropuerto.

La modularidad del sistema de control facilita la puesta en marcha

“Para nosotros también eran importantes la modularidad de la solución del sistema de control y el hecho de que un eje individual pueda sustituirse sin direccionamiento. Esto permitió, por ejemplo, una puesta en marcha parcial, es decir que pudimos trabajar paralelamente en el software, el hardware y la mecánica, lo que nos permitió cumplir con el corto periodo de tiempo del que disponíamos para este proyecto”, destaca Peter Haschkamp. TwinCAT NC PTP permite además “moverse” por el espectáculo completo, es decir, se puede avanzar o retroceder como en una película. Esto también ha simplificado mucho la puesta en marcha para MKT. Si un pasaje individual de la “película” no era 100% satisfactorio, los ingenieros de MKT tenían la posibilidad de volver a repetirlo una y otra vez. Una gran ventaja, como destaca Peter Haschkamp: “otras soluciones no lo permiten, por lo que uno está obligado a dejar correr el espectáculo cada vez desde el comienzo hasta llegar a la posición deseada, lo que requiere muchísimo tiempo”.

A diferencia de otras esculturas cinéticas comparables, realizadas por MKT en el pasado a través de sistemas de control de hardware descentralizados, ‘Kinetic Rain’ es controlado mediante software y un PC central y transmitido mediante EtherCAT. La función de discos de levas, que en soluciones de control anteriores de MKT se encontraba ubicada localmente en el amplificador de accionamiento, ahora es realizada por el software. De este modo, los datos de posición son gestionados centralmente y distribuidos a través de EtherCAT en tiempo real a los ejes.

Un PC industrial Beckhoff de tipo C6525 con software de automatización TwinCAT NC PTP se encarga del control central de los 1216 ejes. La comunicación con el ordenador GUI de MKT tiene lugar mediante ADS. El C6525 actúa como maestro y coordina la distribución de los datos de posición en los seis ordenadores esclavos, a cada uno de los cuales se asignaron 192 o 208 ejes respectivamente. Mediante fijación de un eje maestro como referencia, se encarga de sincronizar todos los ejes. La comunicación tiene lugar en tiempo real a través de EtherCAT hasta los accionamientos.

Otro aspecto importante para MKT en la elección de Beckhoff como socio fue la presencia global de la empresa en el mercado. Gracias a ello, Beckhoff pudo acompañar y apoyar el proyecto no solo a través de sus expertos en la central de la empresa en Verl (Alemania), sino que el soporte y el servicio técnico también estaban garantizados localmente, junto al cliente final, a través de la sede de Beckhoff en Singapur.