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Optimización de soluciones de movimiento lineal mediante sistemas de automatización híbridos

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Combinación de una solución integrada de movimiento y lógica de máquinas.

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Son muchos los factores técnicos y comerciales que los fabricantes de equipos originales (OEM) deben evaluar a la hora de diseñar soluciones de control de movimiento para maquinaria industrial. Muchos tipos de maquinaria industrial utilizan el control de movimiento para llevar a cabo sus funciones, y algunas de las tecnologías más populares de las que dependen los OEM para el control de movimiento lineal son la neumática y los actuadores lineales eléctricos. El control de movimiento puede ser iniciado manualmente por los operarios o automáticamente por plataformas de control avanzadas.

A la hora de diseñar sistemas de automatización, los fabricantes de equipos originales han tenido que elegir siempre entre dos tecnologías de control de movimiento. El movimiento neumático y el eléctrico tienen cada uno sus puntos fuertes: el movimiento neumático se considera robusto y fácil de usar y mantener, y el movimiento eléctrico se percibe como inteligente, rápido y preciso. Los fabricantes de equipos originales han tenido que seleccionar la tecnología en función de la que aportara más ventajas a una aplicación, pero, en algunas aplicaciones, se sacrificaban necesidades clave en favor de otras.

Los procesos y las prioridades de las aplicaciones han evolucionado con el tiempo. Hoy en día, la sostenibilidad es la máxima prioridad en casi todas las industrias, mientras que los procesos se han vuelto más complejos y requieren movimientos más precisos y eficientes. Las funciones se consolidan en espacios más pequeños con menos componentes.

También ha cambiado algo importante. Los fabricantes de equipos originales ya no tienen que elegir sólo una tecnología. Existen sistemas de automatización híbridos que combinan los puntos fuertes de las tecnologías neumática y eléctrica para ofrecer las mayores ventajas en aplicaciones complejas de control de movimiento.

Tendencias que impulsan los sistemas de automatización híbridos

Algunos fabricantes de equipos originales pueden preguntarse por qué se necesita movimiento lineal eléctrico además de neumático. Al reconocer varias tendencias que impulsan la evolución y el uso de sistemas de automatización híbridos, podemos entender mejor cómo surgieron las soluciones de tecnología cruzada. La sostenibilidad, la transformación digital, el diseño de máquinas y las presiones competitivas influyen en su popularidad.

Sostenibilidad

Cada vez se presta más atención al consumo de energía, las emisiones de carbono y el ahorro de costes en todas las industrias. Un sentido de responsabilidad personal, la demanda de los clientes, las normativas gubernamentales y las presiones de las partes interesadas están alimentando este enfoque, y muchas corporaciones están asumiendo compromisos y objetivos a largo plazo basados en ambiciosas iniciativas de cero emisiones netas.

Los sistemas de control de movimiento que utilizan menos energía y pueden alimentarse con recursos renovables son clave para los equipos energéticamente eficientes y forman parte de una estrategia corporativa sostenible.

Transformación digital

Los fabricantes actuales interactúan con la automatización digital y las interfaces de usuario detalladas en su vida diaria y esperan la misma capacidad digital de los sistemas industriales. A medida que las empresas transforman digitalmente sus operaciones, están viendo beneficios reales y fiables.

Los sensores integrados en los dispositivos realizan un seguimiento continuo de la temperatura, la posición, la carga y el desgaste en tiempo real. La supervisión, la configuración y el diagnóstico automáticos, así como los datos de proceso recopilados y presentados en cuadros de mando, proporcionan a los operarios la información que necesitan para tomar decisiones informadas y con confianza. Los sistemas de control de movimiento conectados permiten a los operarios analizar el rendimiento de la producción, el consumo de energía y la fiabilidad.

El acceso a esta información a través de los cuadros de mando permite a los fabricantes controlar mejor y mejorar continuamente sus operaciones y, en última instancia, su producción.

Competencia en el mercado

Entre la escasez de mano de obra y los problemas de la cadena de suministro, nunca ha sido tan difícil para las empresas mantener una ventaja competitiva. Además, la transformación digital de la fabricación industrial y las tecnologías avanzadas que la impulsan han hecho posible que las empresas que invierten en ellas optimicen significativamente sus operaciones.

Existe una mayor necesidad que nunca de permanecer ágiles a la hora de responder a las cambiantes necesidades del mercado y satisfacer de forma fiable la demanda de los clientes para mantenerse a la vanguardia del mercado. Los fabricantes deben minimizar el tiempo de inactividad de las máquinas y maximizar la producción, y la incorporación de soluciones de automatización híbrida conectadas puede ayudar a mejorar la fiabilidad y el tiempo de actividad de las máquinas.

Para optimizar el uso de la energía, mejorar las operaciones y mantenerse a la vanguardia en sus sectores, las empresas buscan un paquete completo de control de movimiento. Los principales proveedores de tecnología son conscientes de ello y han desarrollado una gama de soluciones avanzadas e integradas que combinan servoaccionamientos, motores y actuadores eléctricos, así como neumática.

Los fabricantes de equipos originales tienen una gran oportunidad de incorporar sistemas de automatización híbridos en los diseños de máquinas que mejor se adapten y aborden las mayores necesidades y preocupaciones de sus clientes.

Automatización y diseño contemporáneo de máquinas

Una forma en que las empresas están superando los retos y aumentando la producción es integrando máquinas más pequeñas y sofisticadas en sus líneas de producción. Unas dimensiones más reducidas permiten colocar más máquinas en el mismo espacio de producción, y la tecnología avanzada de control de movimiento puede hacer posible la automatización de tareas de mayor precisión, desde el montaje hasta la inspección final del producto.

Los fabricantes también buscan tecnología de control de movimiento con: mayor precisión para evitar desperdicios; tiempos de ciclo más cortos para aumentar la producción; y mayor flexibilidad de posición para permitir a los operarios cambiar los programas de la máquina con sólo pulsar un botón. El uso de máquinas con estas características puede aumentar la producción en menos tiempo, mejorar la sostenibilidad y reducir los costes.

Cómo seleccionar un control de movimiento neumático, eléctrico o híbrido

Hay muchas ofertas de control de movimiento disponibles, y puede resultar confuso saber cómo elegir entre ellas. ¿Cuándo utilizan los fabricantes de equipos originales el control eléctrico, cuándo el neumático y cuándo ambos?

A la hora de elegir soluciones de control de movimiento, hay que tener en cuenta muchos factores e inquietudes:

1. ¿Cumplen los requisitos de rendimiento, flexibilidad y precisión de la aplicación?

2. ¿Cuáles son los costes iniciales de funcionamiento y mantenimiento continuado?

3. ¿Cómo afectan a la eficiencia energética de la máquina?

4. ¿Cómo se integrarán los productos de movimiento con otros dispositivos?

5. ¿Pueden recopilar datos y analizar el estado del dispositivo?

6. ¿Facilitarán y agilizarán el diseño de una máquina?

7. ¿Cuál es la curva de aprendizaje de la nueva tecnología?

El control de movimiento neumático y el eléctrico tienen ventajas distintas en función de las necesidades de cada aplicación. Para algunas aplicaciones, está bastante claro cuál es la mejor opción. Para un mecanismo sencillo que empuje cajas fuera de una cinta transportadora, lo más lógico es un cilindro neumático. Sin embargo, si estas cajas deben clasificarse en diferentes líneas o posiciones del transportador, se necesita un actuador eléctrico con múltiples posiciones.

En aplicaciones más complejas, la elección puede no estar clara. Esta es una señal de que las aplicaciones pueden obtener el mayor beneficio del uso de ambos. Los cilindros electromecánicos pueden utilizar aire comprimido a través de un conector neumático para sellar el aire en aplicaciones de llenado. En sistemas de montaje, un sistema lineal eléctrico multieje puede utilizar una pinza neumática. Y un eje lineal eléctrico que funcione en sentido vertical puede utilizar un cilindro neumático para compensar el peso.

La automatización de tecnologías cruzadas permite a los fabricantes de equipos originales aprovechar las ventajas complementarias de la tecnología de control de movimiento neumática y eléctrica en la misma aplicación y trasladar los beneficios a sus clientes.

Veamos los puntos fuertes de cada tecnología para comprender mejor cómo pueden trabajar juntas:

Control de movimiento neumático

El movimiento neumático se consigue utilizando un gas comprimido que actúa físicamente sobre un mecanismo para producir el movimiento requerido. Se ha demostrado que las soluciones neumáticas ofrecen un funcionamiento sólido del hardware, el diseño y la instalación, y normalmente hay menos componentes que cambiar o sustituir al actualizar un sistema neumático en comparación con un servosistema.

El ejemplo más familiar de control de movimiento neumático es un cilindro con pistón interno, que produce movimiento lineal. Tal vez por eso la neumática se considera a menudo una tecnología de movimiento discreto, que sólo sirve para extender o retraer completamente un mecanismo.

Sin embargo, la innovación continua impulsada por los proveedores de tecnología de control de movimiento ha ampliado las posibilidades. Por ejemplo, con los actuadores de cuarto de vuelta se puede conseguir un movimiento giratorio continuo.

También se dispone de sensores y controles de caudal para supervisar y optimizar el funcionamiento, mientras que el control de la presión diferencial hace posible que los equipos logren un posicionamiento neumático continuo. Utilizando electroválvulas de encendido/apagado electroneumáticas relativamente pequeñas o válvulas de posicionamiento modulantes, se aplica una presión controlada contra una contrapresión constante.

Los operarios pueden controlar la posición manualmente mediante botones e interruptores o automáticamente mediante un controlador lógico programable (PLC) o un controlador de bucle.

Control de movimiento eléctrico

Los actuadores eléctricos combinados con servomotores son conocidos por su alta velocidad, precisión milimétrica y eficacia, y consiguen el movimiento convirtiendo la electricidad en movimiento rotacional o lineal. Estos sistemas de bucle cerrado suelen incluir componentes más complejos, como un controlador de movimiento, un servoaccionamiento, un motor y un sensor de realimentación y prácticas de diseño que las soluciones de movimiento neumático.

Cada servomotor está asociado a un accionamiento que sigue las señales de mando que proporcionan la función deseada y puede ofrecer un posicionamiento exacto, velocidades angulares precisas y perfiles de aceleración variables. Con esta gama, los servosistemas pueden proporcionar control de movimiento posicional para diversas aplicaciones, desde un brazo robótico hasta cintas transportadoras de rotación continua.

Dado que los servoaccionamientos y controladores son dispositivos con microprocesador, tienen un alto nivel innato de funcionalidad a bordo y pueden ofrecer directamente funciones de diagnóstico local y remoto y registro de datos para cuadros de mando.

La conexión de PLC y otros controladores a los sistemas de servomovimiento puede ayudar a los fabricantes de equipos originales a lograr un control del movimiento y una sincronización aún más avanzados. Entre las funciones especializadas se incluyen el posicionamiento de alta precisión con repetibilidad submicrométrica, levas electrónicas y engranajes electrónicos, y pueden beneficiar a las aplicaciones más complejas, como el mecanizado, la robótica y los equipos de fabricación.

Por ejemplo, una línea de envasado puede pasar de discos de levas mecánicos a un sistema de movimiento servo con discos de levas eléctricos. Mientras que el cambio de formato con discos mecánicos es complejo, requiere mucho tiempo y está sujeto a errores, la conversión de la máquina con discos de levas eléctricos se realiza con sólo pulsar un botón. Esto ahorra tiempo, mejora la precisión, minimiza las piezas desechadas y reduce los costes.

Control de movimiento híbrido

Un sistema de automatización híbrido electroneumático puede ayudar a los fabricantes a aplicar las tecnologías adecuadas para cada función específica. Cuando lo más importante es la sostenibilidad, la flexibilidad de posición, la precisión, la estabilidad, el funcionamiento silencioso, la conectividad y la supervisión, el movimiento eléctrico ofrece grandes ventajas. Cuando las aplicaciones tienen limitaciones de espacio, exigen un funcionamiento robusto o requieren rapidez de diseño, instalación y puesta en marcha, el control de movimiento neumático es la mejor opción.

Las líneas de producción de la mayoría de los centros de fabricación incluyen varios tipos de equipos OEM, con productos que se mueven entre las máquinas a lo largo de transportadores de transporte y acumulación. Estas líneas ofrecen muchas oportunidades para integrar el movimiento lineal neumático y eléctrico.

Por ejemplo, una línea de producción típica de envasado de bebidas incluye las siguientes funciones: estirado, soplado, moldeado, llenado y tapado de botellas, transporte y acumulación, etiquetado de botellas, inspección del llenado y etiquetado, empaquetado de botellas en cajas y paletizado y retractilado de cajas. El moldeo por estirado-soplado, el plegado de cajas y la aplicación de cola se benefician del movimiento neumático, mientras que el transporte y el posicionamiento de las botellas dentro del equipo de llenado y etiquetado se benefician del movimiento servo.

Las cintas transportadoras sencillas y los sistemas de paletizado se benefician de ambas formas de movimiento: las cintas transportadoras pueden accionarse mediante motores eléctricos, y los topes y compuertas de productos pueden funcionar mediante accionamiento neumático. La manipulación de cajas a granel puede realizarse con neumática, mientras que la interpolación y los ajustes finos de posición pueden controlarse mediante servomotores.

Ventajas de los sistemas de automatización híbridos

Los principales proveedores de tecnología de control de movimiento ofrecen ahora paquetes integrados de soluciones completas que incluyen control de movimiento eléctrico, neumático o híbrido. Estas soluciones completas incluyen dispositivos inteligentes a nivel de campo, control de movimiento, control de máquina y análisis.

Las opciones neumáticas incluyen un cilindro neumático, un sistema de válvulas, un controlador, análisis y un cuadro de mandos a través de una pasarela, mientras que las eléctricas incluyen un actuador lineal eléctrico, un servomotor y un accionamiento, un controlador y un cuadro de mandos a través de una pasarela. Aunque ambas tecnologías ofrecen cuadros de mando, los datos se obtienen directamente del servoaccionamiento y los sistemas neumáticos requieren la incorporación de sensores.

Este tipo de soluciones completas e integradas ofrecen muchas ventajas tanto a los fabricantes de equipos originales como a sus clientes. Como ya están diseñados y montados, los sistemas de automatización híbridos pueden agilizar la adquisición, el desarrollo y la puesta en marcha. De lo contrario, los fabricantes tendrían que adquirir los componentes por separado y combinarlos y diseñarlos ellos mismos. Esto no sólo lleva más tiempo y añade complejidad a la cadena de suministro, sino que puede plantear problemas de dimensionamiento.

Los sistemas de automatización híbridos también ofrecen una flexibilidad que permite a los fabricantes de equipos originales diseñar máquinas capaces de producir diversos tipos de productos, minimizar el tiempo de cambio y satisfacer requisitos cambiantes a lo largo del tiempo. Dado que muchas empresas se enfrentan a una presión continua para aumentar el rendimiento y reducir los costes de explotación, esto puede acortar los ciclos de producción, aumentar la utilización de la máquina y prolongar la vida útil del equipo.

Con la reconfiguración electrónica del control de movimiento, los operarios pueden cambiar los perfiles de movimiento sobre la marcha, y algunos sistemas ofrecen un diseño preparado para el futuro y están equipados con funciones que pueden implementarse ahora o en futuras generaciones de máquinas. Para ofrecer a los clientes el máximo nivel de flexibilidad, busque sistemas con actuadores eléctricos extremadamente versátiles que cubran una amplia gama de requisitos de aplicación.

Además de seguir siendo competitivos, los sistemas de automatización híbridos pueden mejorar la sostenibilidad del fabricante. Estos sistemas pueden proporcionar una mayor eficiencia de la máquina y reducir las piezas desechadas, lo que a su vez disminuye el consumo de recursos y los costes. La eficiencia energética puede permitir alcanzar mejor los objetivos de sostenibilidad, mientras que el ahorro de costes puede reducir el coste total de propiedad. Para una mayor repetibilidad y uniformidad, es importante buscar un sistema con movimiento lineal eléctrico que proporcione los más altos niveles de fiabilidad y precisión.

Mayor flexibilidad, eficiencia y rendimiento

Los fabricantes de equipos originales pueden determinar si un sistema de automatización híbrido beneficiará a una aplicación evaluando los factores clave de la aplicación, entre los que se incluyen:

1. consumo de energía,

2. costes operativos,

3. flexibilidad de posición,

4. precisión,

5. vibraciones y ruido,

6. CAP-EX,

7. conectividad,

8. tamaño,

9. instalación y

10. puesta en marcha y durabilidad.

Para seleccionar las soluciones más adecuadas que logren los resultados deseados, es fundamental trabajar con un socio experto en control de movimiento y transformación digital con una cartera completa de tecnologías y opciones de dimensionamiento. Un socio como este puede ayudar a los fabricantes de equipos originales a poner en marcha soluciones y ofrecer asistencia a largo plazo.

Con los sistemas de automatización híbridos, las empresas no tienen que elegir entre rendimiento, flexibilidad, sostenibilidad, conectividad y coste. Pueden tenerlo todo: movimientos lineales precisos y potentes, flexibilidad para satisfacer los cambiantes requisitos de producción, datos e información para maximizar la producción, consumo de energía optimizado y menor coste total de propiedad.