Los clientes exigen un mantenimiento y un tamaño de equipo reducidos, así como una mayor productividad y una configuración más rápida de las máquinas. Para satisfacer estos requisitos, los fabricantes de equipos optan 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 actualizar el control de movimiento de la máquina. La mayoría de las razones para cambiar de diseños y dispositivos de control tradicionales a servocontrol son obtener uno o más de estos beneficios:

• Aumentan el rendimiento. Los servomotores producen altas tasas de aceleración y velocidades.
• Mayor precisión. Los servos pueden ofrecer la alta precisión necesaria para procesar una pieza de rápido movimiento.
• Mayor flexibilidad. Los servos ofrecen versiones electrónicas de componentes mecánicos tradicionales. Por ejemplo, los perfiles de leva electrónicos se pueden cambiar casi instantáneamente. Los perfiles de movimiento programables se ajustan a diferentes tamaños y configuraciones del producto. Las relaciones de transmisión electrónicas se pueden modificar para adaptarse a diferentes velocidades de la máquina. Además, con los engranajes electrónicos, los motores se pueden colocar en cualquier lugar que resulte conveniente para la aplicación, ya que eliminan la necesidad de ejes largos, engranajes y correas.

Además, un eje de transmisión eléctrico puede conectarse a un número prácticamente ilimitado de ejes. En máquinas con múltiples configuraciones, esto significa que los ejes de movimiento adicionales no requieren conexiones mecánicas adicionales.

Los servomotores también aportan flexibilidad gracias a la mayor información disponible. Por ejemplo, muchos servocontroladores almacenan un historial de fallos y errores que facilita la resolución de problemas. La mayoría de los servomotores también pueden mostrar diagramas tipo osciloscopio para el análisis del rendimiento. • Reducen el mantenimiento. Los servomotores ayudan a reducir el número de piezas mecánicas de una máquina. Los engranajes electrónicos sustituyen a las correas. Las levas electrónicas no se ven afectadas por el desgaste. Los interruptores de límite electrónicos no requieren reajustes ni reemplazos ocasionales.

Los servos requieren cierto estudio y experiencia. Si eres nuevo en el control de servos, prepárate para dedicar algo de tiempo a seleccionar y aplicar tu primer sistema. (Una nota sobre la terminología de servos: la palabra controlador tiene varios usos. El sistema omovimientoEl controlador normalmente ejecuta el programa que controla el movimiento;motorel controlador controla unomotorPara reducir la confusión, nos referiremos a los controladores de motor como variadores).

Dimensionamiento y selección de aplicaciones

Seleccionar y dimensionar servocomponentes puede parecer complejo debido a la cantidad de componentes: motores, variadores, controlador y la posibilidad de un PC industrial o un PLC. Si tiene 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 la aplicación. Ya sea que lo haga usted mismo o adquiera un paquete, el proceso básico es:

Primero, seleccione el motorPara empezar a seleccionar el motor, escoja la forma. Los motores con relaciones de aspecto amplias (largos y de diámetro pequeño) son los más comunes. Pueden ser cuadrados o redondos y ofrecen una excelente relación calidad-precio y rendimiento. Los motores de disco (cortos y de gran diámetro) se adaptan a espacios reducidos y proporcionan una alta aceleración gracias a sus rotores de baja inercia. Ambos motores están disponibles en versiones selladas y no selladas.

Los motores sin marco o integrales separan el rotor y el estator para integrarlos en la máquina. Estos motores permiten un diseño compacto y optimizan el funcionamiento con accionamiento directo al aumentar la precisión y reducir la vibración.

Los motores lineales, que sustituyen a un motor rotatorio estándar y sus mecanismos de accionamiento asociados, generan movimiento lineal directo. Pueden, simultáneamente, multiplicar por varias el rendimiento y la precisión.

Dimensionamiento del motorEl tamaño del motor se basa principalmente en el par máximo y continuo. Dimensionar los motores puede ser complicado y es posible que no se detecten errores hasta una etapa avanzada del ciclo de desarrollo. Dado que aumentar el tamaño del motor en ese punto puede ser difícil, conviene incluir un margen en los cálculos. Si es nuevo en el proceso, probablemente debería confiar en los ingenieros de aplicaciones de las empresas automotrices.

Seleccione la retroalimentaciónLos dispositivos de retroalimentación más comunes son los codificadores y los resolvers. Los codificadores son dispositivos ópticos que generan un tren de pulsos. El número de pulsos es proporcional al recorrido angular. Ofrecen alta precisión, especialmente a altas resoluciones. Los resolvers 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 el tipo de sensor de retroalimentación, debe seleccionar su resolución. Generalmente, un codificador de 1000 líneas o, equivalentemente, un resolver de 12 bits proporcionará suficiente resolución. Ambos producen aproximadamente 4000 posiciones diferentes por revolución, lo que equivale a una resolución de aproximadamente 0,1 grados. Sin embargo, si su aplicación requiere una resolución mayor, debe seleccionar el sensor adecuado. Una advertencia: diferencie entre resolución y precisión. Muchos servos ofrecen una resolución seleccionable para la retroalimentación del resolver; sin embargo, la precisión (generalmente entre 10 y 40 minutos de arco) podría no verse afectada.

Seleccione la unidadConsidere si desea una fuente de alimentación modular (separada) o integrada en un variador. Con tres o más variadores de la misma familia cerca, las fuentes de alimentación modulares son una buena opción. Con un solo eje, las fuentes de alimentación integradas suelen ser más adecuadas. Con dos ejes, ambas soluciones son prácticamente iguales.

Si planea encerrar la unidad, tenga en cuenta que el tamaño de las unidades varía considerablemente y puede afectar el tamaño total del equipo. Dependiendo del tamaño de la carcasa, también podría necesitar investigar diversas opciones de refrigeración.

Conmutación sinusoidal vs. conmutación de seis pasos

La forma de onda de potencia del variador al motor suele presentarse de dos maneras en los servomotores sin escobillas: de seis pasos y sinusoidal. En la onda sinusoidal, la forma de onda de corriente producida por el variador genera una corriente similar a una onda sinusoidal. Esto genera un par más uniforme y un menor calentamiento. El método de seis pasos produce una onda cuadrada de seis segmentos mediante electrónica sencilla. Aunque es más económico, el método de seis pasos presenta un funcionamiento irregular a bajas velocidades.

Flexibilidad de ajusteEl ajuste, el proceso de seleccionar ganancias en bucles de retroalimentación, es necesario para un alto rendimiento y para mantener un funcionamiento estable. Antes, el ajuste era más un arte que una ciencia. Ahora, los servoaccionamientos modernos ofrecen numerosas herramientas para ayudar a los diseñadores de máquinas. El autoajuste, el proceso mediante el cual el servoaccionamiento excita el sistema mecánico y genera un conjunto de ganancias de bucle, es prácticamente un estándar. La mayoría de los servoaccionamientos se configuran con ganancias digitales, por lo que no se necesita un soldador ni un potenciómetro (un pequeño destornillador). Es posible que los métodos más complejos solo se necesiten ocasionalmente, pero tenerlos disponibles ofrece más opciones.

Las unidades analógicas pueden ser más económicas, pero podría ser necesario ajustar los bucles ajustando potenciómetros o cambiando componentes pasivos. Sea cual sea su elección, la afinación forma parte del proceso de aprendizaje y requiere estudio y experimentación.

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

VoltajeTenga en cuenta que la alimentación de 110 V CA puede ser difícil de conseguir en la fábrica. En Europa, la de 460 V CA es popular; el uso de variadores de 230 V CA puede requerir un transformador en las máquinas para su uso en el extranjero. Desafortunadamente, los variadores de 460 V CA pueden ser costosos. Una alternativa es la fuente de alimentación universal, que utiliza semiconductores de potencia para convertir los niveles de voltaje. En sistemas con fuentes de alimentación modulares, una fuente de alimentación universal puede usar cualquier voltaje de 230 a 480 V CA para alimentar varios ejes de 230 V CA.

Un último punto a tener en cuenta: al utilizar solo una pequeña cantidad de familias de unidades en una máquina, se simplifica la lista de repuestos.

Seleccione el controlador

Al seleccionar el controlador, elija entre uno o varios ejes. 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 coste, el tamaño, el cableado y la complejidad del sistema.

Los controladores multieje suelen ser más adecuados para sistemas más complejos. En primer lugar, suelen reducir los costes, especialmente a medida que aumenta el número de ejes. En segundo lugar, reducen la complejidad del sistema, ya que un solo programa puede controlar todo el movimiento. Estos controladores de movimiento también ofrecen mayor flexibilidad de sincronización, ya que permiten vincular cualquier eje con cualquier otro y modificar dicha vinculación durante la ejecución del programa.

Tras seleccionar el controlador, deberá elegir entre una configuración de "caja" o de "placa". Una configuración de caja es un controlador integrado capaz de funcionar de forma independiente. Los controladores de placa se conectan a ordenadores industriales. Si ya dispone de un ordenador industrial en la máquina, una placa compatible puede reducir costes y mejorar la integración del control con la máquina. Si no planea utilizar un ordenador industrial, el controlador de caja suele ser más fácil de instalar.

Evaluar el conjunto de características

Finalmente, evalúe las características del controlador. Considere las funciones descritas 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 es necesario comparar los detalles con las necesidades de su aplicación. ¿Necesita cambiar las relaciones de transmisión durante el funcionamiento? ¿Necesita modificar los perfiles de levas sobre la marcha? ¿Qué precisión de registro requiere? ¿Necesita cambiar la velocidad o la posición objetivo durante el funcionamiento? ¿El controlador admite suficientes ejes para esta aplicación? ¿Será compatible con futuras versiones de su máquina?

Cómo afrontar los costos

El costo 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, la eliminación de dispositivos mecánicos complejos puede reducir el costo total y el tamaño de la máquina, lo que a su vez aumenta el valor del sistema. El servocontrolador suele reemplazar un PLC; en este caso, se puede compensar el costo total de la conversión a servos. La mayor flexibilidad puede reducir el número de modelos de máquinas o los procesos necesarios para producir una línea de máquinas, lo que reduce los costos de fabricación.

Consideraciones generales

Además de las funciones de movimiento, hay otras preguntas que plantearse. ¿Es el lenguaje capaz de soportar sus procesos? ¿Es tan complejo que necesitará dedicar demasiado tiempo a aprenderlo? ¿El producto admite la multitarea? La multitarea, una técnica que permite escribir diferentes programas para distintos procesos, simplifica la programación de máquinas complejas.

Todas estas preguntas pueden ser difíciles de responder, especialmente si eres nuevo en el control de movimiento electrónico. La mayoría de las empresas que ofrecen controladores ofrecen un buen soporte. Durante el proceso de selección, haz muchas preguntas. Esto no solo te ayudará a evaluar el producto, sino también el soporte. Finalmente, considera el futuro de la actividad de desarrollo en tu empresa. Elige proveedores que puedan proporcionar productos y soporte ahora y en los próximos años.