Los clientes exigen un mantenimiento y un tamaño de equipo reducidos, así como un rendimiento y una configuración de la máquina más rápidos. Para cumplir con estos requisitos, los fabricantes de equipos están optando por el movimiento servocontrolado en lugar de los componentes mecánicos.

El control de movimiento define las capacidades y limitaciones de una máquina. Por lo tanto, para maximizar su rendimiento y flexibilidad, y reducir el mantenimiento, a menudo es necesario mejorar la forma en que se controla el movimiento dentro de esa máquina. La mayoría de las razones para pasar de diseños y dispositivos de control tradicionales a servocontrol son obtener uno o más de estos beneficios:

• Aumentar el rendimiento. Los servomotores producen altas tasas de aceleración y velocidades.
• Aumentar la precisión. Los servos pueden ofrecer la alta precisión necesaria para procesar una pieza que se mueve rápidamente.
• Aumentar la flexibilidad. Los servos ofrecen versiones electrónicas de componentes tradicionalmente mecánicos. Por ejemplo, los perfiles de las cámaras electrónicas se pueden cambiar casi instantáneamente. Los perfiles de movimiento programables se pueden ajustar a diferentes tamaños y configuraciones del producto. Las relaciones de “engranajes” electrónicos pueden cambiar para adaptarse a diferentes velocidades de la máquina. Además, con engranajes electrónicos, los motores se pueden colocar en cualquier lugar que sea conveniente para la aplicación, ya que eliminan la necesidad de ejes, engranajes y correas largos.

Además, un “eje lineal” eléctrico puede conectarse a un número casi ilimitado de ejes. Para máquinas con múltiples configuraciones, esto significa que los ejes de movimiento adicionales no requieren enlaces mecánicos adicionales.

Los servos también añaden flexibilidad debido a la mayor información disponible. Por ejemplo, muchos servocontroladores almacenan un historial de fallas y condiciones de error que ayudan a solucionar problemas. La mayoría de los servosistemas también pueden mostrar diagramas estilo osciloscopio para el análisis del rendimiento. • Reducir el mantenimiento. Los servos ayudan a reducir la cantidad de piezas mecánicas en una máquina. Los engranajes electrónicos reemplazan las correas. Las levas electrónicas no se ven afectadas por el desgaste. Los interruptores de límite electrónicos no necesitan reajuste o reemplazo ocasional.

Los servos requieren cierta cantidad de estudio y experiencia. Si es nuevo en el servocontrol, espere dedicar algún tiempo a seleccionar y aplicar su primer sistema. (Una nota sobre la terminología servo: la palabra controlador encuentra varios usos. El sistema omovimientoel controlador normalmente ejecuta el programa que controla el movimiento; elmotorEl controlador controla uno.motor. Para reducir la confusión, nos referiremos a los controladores de motor como variadores).

Dimensionamiento y selección de aplicaciones

La selección y el tamaño de los servocomponentes puede parecer complejo debido a la cantidad de componentes: motores, variadores, controlador y la posibilidad de una PC industrial o un PLC. Si tienes experiencia en mecánica, esto puede resultar intimidante. Afortunadamente, las empresas (proveedores de componentes e integradores de sistemas de control) empaquetan estos componentes juntos y ofrecen asistencia para las aplicaciones. Ya sea que lo haga usted mismo o compre un paquete, el proceso básico es:

Primero, seleccione el motor.. Inicie la selección del motor eligiendo la forma del motor. Los motores con grandes relaciones de aspecto (largos y de pequeño diámetro) son los más comunes. Pueden ser cuadrados o redondos y ofrecen un valor y un rendimiento excelentes. Los motores de disco (cortos y de gran diámetro) caben en lugares reducidos y proporcionan una alta aceleración gracias a sus rotores de baja inercia. Ambos motores están disponibles en versiones selladas y no selladas.

Motores sin marco o integrales, separan el rotor y el estator para su integración en la máquina. Estos motores permiten un diseño compacto y mejoran el funcionamiento de accionamiento directo al aumentar la precisión y reducir la vibración.

Los motores lineales, que reemplazan un motor rotativo estándar y los mecanismos de accionamiento asociados, crean movimiento lineal directamente. Pueden aumentar simultáneamente el rendimiento y la precisión varias veces.

Dimensionamiento del motor. El tamaño del motor se basa principalmente en el par: pico y continuo. Dimensionar los motores puede ser un desafío y es posible que no se encuentren errores hasta una etapa avanzada del ciclo de desarrollo. Como puede resultar difícil aumentar el tamaño del motor en ese punto, es aconsejable incluir un margen en los cálculos. Si es nuevo en el proceso, probablemente debería confiar en los ingenieros de aplicaciones de las empresas de motores.

Seleccione los comentarios. Los dispositivos de retroalimentación más comunes son codificadores y resolutores. Los codificadores son dispositivos ópticos que producen un tren de impulsos. El recuento de impulsos es proporcional al recorrido angular. Ofrecen una alta precisión, especialmente a altas resoluciones. Los resolutores son dispositivos electromecánicos que detectan la posición absoluta dentro de una revolución del motor y son conocidos por su robustez. Elija el que mejor se adapte a su aplicación.

Después de seleccionar los tipos de sensor de retroalimentación, debe seleccionar su resolución. Generalmente, un codificador de 1000 líneas o, equivalentemente, un solucionador de 12 bits proporcionará suficiente resolución. Ambos producen alrededor de 4.000 posiciones diferentes por revolución, lo que equivale a aproximadamente 0,1 grados de resolución. Sin embargo, si su aplicación necesita una resolución más alta, debe seleccionar el sensor adecuadamente. Una advertencia: diferencie entre resolución y precisión. Muchos servos ofrecen resolución seleccionable para retroalimentación del resolutor; sin embargo, la precisión (normalmente entre 10 y 40 minutos de arco) puede no verse afectada.

Seleccione la unidad. Considere si desea la fuente de alimentación modular (separada) o integrada en un variador. Con tres o más unidades de la misma familia cercanas, las fuentes de alimentación modulares funcionan bien. Con un eje, las fuentes de alimentación integradas suelen encajar mejor. Con dos ejes, ambas soluciones son aproximadamente iguales.

Si planea encerrar la unidad, tenga en cuenta que los tamaños de las unidades varían considerablemente y pueden afectar el tamaño total del equipo. Dependiendo del tamaño del gabinete, es posible que también deba investigar varias opciones de enfriamiento.

Conmutación sinusoidal frente a seis pasos

La forma de onda de potencia desde el variador hasta el motor tiende a presentarse de dos maneras para los servomotores sin escobillas: de seis pasos y de onda sinusoidal. En onda sinusoidal, la forma de onda de corriente producida por el variador produce una corriente que se aproxima a una onda sinusoidal. Esto produce un par más suave y menos calentamiento. El método de seis pasos produce una onda cuadrada de seis segmentos utilizando electrónica simple. Aunque tiene un costo menor, el de seis pasos tiene un funcionamiento difícil a bajas velocidades.

Flexibilidad de sintonización. La sintonización, el proceso de selección de ganancias en bucles de retroalimentación, es necesaria para lograr un alto rendimiento y mantener un funcionamiento estable. En el pasado, el tuning era más un arte que una ciencia. Ahora, los servoaccionamientos modernos proporcionan una gran cantidad de herramientas para ayudar a los diseñadores de máquinas. El autoajuste (o autoajuste), el proceso en el que el variador excita el sistema mecánico y genera un conjunto de ganancias de bucle, es casi un estándar. La mayoría de las unidades están configuradas con ganancias digitales, por lo que no necesitará un soldador ni un recortador (destornillador pequeño). Es posible que necesite los métodos más complejos sólo ocasionalmente, pero tenerlos disponibles le brinda más opciones.

Las unidades analógicas pueden ser menos costosas, pero es posible que necesites ajustar los bucles ajustando potenciómetros o cambiando componentes pasivos. Cualquiera que sea su elección, la afinación es parte de la curva de aprendizaje y requiere algo de estudio y experimentación.

Impulsar la comunicación. Muchos variadores utilizan una señal analógica para entregar los comandos de velocidad y par. Sin embargo, la comunicación digital está ganando popularidad porque reduce el cableado de comunicación y aumenta la flexibilidad del sistema. Muchos variadores son compatibles con redes como DeviceNet, Profibus y una nueva red especial para control de movimiento llamada Sercos.

Voltaje. Tenga en cuenta que puede ser difícil conseguir energía de 110 VCA en la fábrica. En Europa, 460 Vac es popular; El uso de variadores de 230 VCA puede requerir un transformador en máquinas para uso en el extranjero. Desafortunadamente, las unidades de 460 VCA pueden resultar costosas. Un compromiso es la fuente de alimentación universal que utiliza semiconductores de potencia para convertir los niveles de voltaje. Para sistemas con fuentes de alimentación modulares, una fuente de alimentación universal puede utilizar cualquier voltaje de 230 a 480 Vac para alimentar varios ejes de 230 Vac.

Un último punto a considerar: al utilizar sólo un pequeño número de familias de unidades en una máquina, se simplifica la lista de repuestos.

Seleccione el controlador

Al seleccionar el controlador, elija eje único o eje múltiple. Los controladores de un solo eje combinan un controlador de movimiento, un variador y, a menudo, una fuente de alimentación integrados en un solo paquete. En sistemas de uno o dos ejes, estos controladores pueden reducir el costo, el tamaño, el cableado y la complejidad del sistema.

Los controladores multieje suelen adaptarse mejor a sistemas más complicados. En primer lugar, normalmente reducen los costos, especialmente a medida que aumenta el número de ejes. En segundo lugar, reducen la complejidad del sistema porque un programa puede controlar todos los movimientos. Estos controladores de movimiento también brindan una mayor flexibilidad en la sincronización, ya que generalmente permiten que cualquier eje se vincule con cualquier otro eje y le permiten modificar ese vínculo durante la ejecución del programa.

Después de seleccionar el controlador, deberá elegir una configuración de “caja” o de “placa”. Una configuración de caja es un controlador cerrado capaz de funcionar de forma independiente. Los controladores de placa se conectan a computadoras industriales. Si ya tiene una computadora industrial en la máquina, una placa compatible puede reducir el costo y mejorar la integración del control y la máquina. Si no planea utilizar una computadora industrial, el controlador basado en caja suele ser más fácil de agregar.

Evaluar el conjunto de características

Finalmente, evalúe las características del controlador. Considere las funciones analizadas hasta ahora: engranajes, levas, registro de alta velocidad e interruptores de límite programables. La mayoría de los controladores ofrecen estas características de alguna forma, pero los detalles deben compararse con las necesidades de su aplicación. ¿Necesita cambiar las relaciones de transmisión durante la operación? ¿Necesita modificar los perfiles de cámara sobre la marcha? ¿Qué precisión de registro necesita? ¿Necesita un cambio de velocidad o posición objetivo durante la operación? ¿El controlador admite suficientes ejes para esta aplicación? ¿Se ajustará a versiones futuras de su máquina?

Lidiando con el costo

El coste de los servocomponentes suele ser mayor que el de los componentes mecánicos que reemplazan. Sin embargo, algunos factores importantes mitigan este mayor costo. Por ejemplo, eliminar dispositivos mecánicos complejos puede reducir el costo total y el tamaño de la máquina, lo que puede aumentar el valor del sistema. El servocontrolador suele sustituir a un PLC; en este caso, se puede compensar el coste total de la conversión a servos. La flexibilidad adicional puede reducir la cantidad de modelos de máquinas o procesos necesarios para producir una línea de máquinas, reduciendo así los costos de fabricación.

Consideraciones generales

Más allá de las funciones de movimiento, hay otras preguntas que plantearse. ¿El lenguaje es capaz de soportar tus procesos? ¿Es tan complejo que necesitarás dedicar demasiado tiempo a aprenderlo? ¿El producto admite tareas múltiples? La multitarea, una técnica que permite escribir diferentes programas para diferentes procesos, simplifica la programación de máquinas complejas.

Todas estas preguntas pueden ser difíciles de responder, especialmente si eres nuevo en el control electrónico de movimiento. La mayoría de las empresas que ofrecen controladores los respaldan bien. Durante su proceso de selección, haga muchas preguntas. No solo le ayuda a evaluar el producto, sino que también le ayuda a evaluar el soporte. Finalmente, considere el futuro de la actividad de desarrollo en su empresa. Elija proveedores que puedan proporcionar productos y soporte ahora y en los próximos años.