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Elevando el listón de la ergonomía con actuadores eléctricos inteligentes

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Los actuadores lineales eléctricos llevan mucho tiempo ofreciendo ventajas ergonómicas al automatizar tareas repetitivas, sucias o peligrosas.

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Recientemente, la integración de inteligencia a bordo en los actuadores eléctricos ha elevado su contribución ergonómica a un nuevo nivel. Funciones inteligentes como el control digital del motor, la retroalimentación de posición, la sincronización y la supervisión en tiempo real facilitan aún más la aplicación de la automatización para mejorar la comodidad, la seguridad y la eficiencia en el lugar de trabajo.

Control digital del motor

Los actuadores tradicionales suelen depender de relés de gran tamaño y bajo consumo o de controladores independientes para extender, retraer o detener los actuadores. El uso de la electrónica integrada para gestionar la potencia puede reducir la corriente en los interruptores o contactos de 20 A a menos de 22 mA, lo que permite un diseño del sistema más sencillo y menos costoso. Los operarios pueden accionar y cambiar la dirección de los actuadores con un simple mando.

Imagine, por ejemplo, un lugar de trabajo en el que los operarios manipulan componentes que pesan más de 45 kg y requieren agacharse y estirarse con frecuencia. Si su mesa de trabajo estuviera controlada por actuadores equipados con conmutación de bajo nivel, cada usuario podría ajustar la altura a un nivel que requiriera agacharse o estirarse lo mínimo, reduciendo la fatiga y mejorando al mismo tiempo la productividad. (Figura 1)

Aunque los conjuntos de actuadores tradicionales podrían permitir tales ajustes, requerirían la conmutación externa del motor, que consume más energía y debe hacerse manualmente. Sin embargo, al controlar electrónicamente el flujo del circuito, todas estas conmutaciones están integradas en la carcasa del actuador, lo que también proporciona una configuración más elegante y limpia, sin cableado externo.

La automatización de la conmutación del motor también ofrece ventajas de seguridad. Un actuador consume entre 20 y 40 amperios en función de la carga. Minimizar la exposición a esta corriente durante la instalación y el funcionamiento permite un mayor control ergonómico, al tiempo que reduce los riesgos potenciales de descarga eléctrica de los relés de alto amperaje.

Retroalimentación digital de posición

Los actuadores eléctricos inteligentes (figura 2) no sólo permiten realizar ajustes precisos de posición, sino que también proporcionan información en tiempo real sobre el alcance de dichos ajustes. Pueden informar sobre la ubicación de la carga a lo largo de la carrera. En el ejemplo de la mesa de trabajo anterior (figura 1), podrían capturar datos sobre la ubicación de la carga y compararlos con parámetros preestablecidos para garantizar un funcionamiento uniforme.

Además de la información digital de posición, también es posible medir y controlar la velocidad. Supongamos que se automatiza la subida o bajada de una puerta pesada que protege una determinada máquina o forma un tabique. El microcontrolador podría recibir impulsos de un codificador y calcular la distancia recorrida y la velocidad en función del número de impulsos recibidos en un intervalo de tiempo determinado. Siguiendo con el ejemplo de la puerta pesada (figura 3), esto permitiría ajustar la velocidad para que disminuyera al llegar al final de la carrera, evitando que la puerta se cerrara de golpe antes de que el operario tuviera tiempo de despejar la abertura.

Información de posición analógica

La retroalimentación de posición digital es una de las formas más sencillas de medir la velocidad del actuador, pero no es fácil de programar porque no recuerda las posiciones que informa tras una pérdida de alimentación o una parada. Los actuadores inteligentes equipados con potenciómetros analógicos, sin embargo, pueden recibir información exacta de la posición desde los potenciómetros de la caja de engranajes del actuador, que envía señales de tensión que alertan de la velocidad y dirección del accionamiento, desde el principio hasta el final de la carrera. Recuerdan esa posición, por lo que, si se pierde la alimentación, no es necesario volver a la posición inicial y reiniciar el dispositivo.

Una memoria de posición fiable permite desarrollar aplicaciones que almacenan ajustes ergonómicos para cada usuario, lo que permite adaptar el espacio de trabajo a varias personas en función de factores como la altura, los procedimientos almacenados o las preferencias del usuario.

Sincronización

Las ventajas ergonómicas de los actuadores eléctricos inteligentes son aún más pronunciadas cuando se utilizan con varios actuadores. Puede configurar los actuadores para que se ajusten automáticamente a los cambios de carga. Una aplicación de montaje de aviones en la que cinco o diez trabajadores están finalizando el fuselaje, por ejemplo, podría apoyarlos con una plataforma que debe elevarse por encima del suelo. A medida que los trabajadores se desplazan por la plataforma, el peso se desplaza a diferentes partes de la misma, lo que provoca un posible desequilibrio. Los actuadores inteligentes situados en varios puntos bajo la plataforma (por ejemplo, uno en cada esquina) podrían ajustarse automáticamente para compensar los desplazamientos de la carga durante el movimiento sincrónico de los actuadores. (Figura 4)

Los ajustes para contrarrestar el desplazamiento de las cargas se realizan mediante el control de velocidad y la retroalimentación de posicionamiento. Los actuadores se comunican entre sí a través de una red interna, leer la velocidad de cada uno basado en la retroalimentación de posicionamiento, y ajustar en consecuencia.

Sin embargo, al hacerlo con retroalimentación digital se produce un paso tartamudeado, que los diseñadores pueden evitar colocando tanto la posición como la velocidad en el bucle de retroalimentación y haciendo que se ajusten en función de la velocidad de accionamiento y la posición. Esto proporciona un beneficio ergonómico que levantará una carga cambiante suavemente desde múltiples puntos, compensando cargas de tamaño incómodo como plataformas, asientos y puertas pesadas.

Controlar varios actuadores tradicionales es posible, pero es una operación imprecisa, laboriosa y que requiere mucho tiempo, lo que supone un esfuerzo adicional para los actuadores y, a la larga, provoca atascos u otros fallos de funcionamiento. La sincronización inteligente de actuadores elimina las conjeturas y da como resultado un movimiento equilibrado, suave y bien posicionado.

Supervisión en tiempo real

Los actuadores eléctricos inteligentes pueden devolver resultados de monitorización continua de temperatura, corriente, velocidad, tensión y otras variables, lo que permite una monitorización avanzada del estado, el diagnóstico y la gestión de errores. La información puede aparecer hasta diez veces por segundo, ya que el actuador se pone a prueba continuamente. Si detecta un problema (por ejemplo, la superación de un umbral de temperatura), el actuador puede detenerse a mitad de carrera o finalizar su movimiento programado -totalmente retraído o extendido-, detenerse y enviar un aviso de error al ordenador, todo ello en una fracción de segundo.

Este tipo de información permite a los usuarios dar un paso atrás en sus operaciones para analizar patrones de uso, velocidad y posición con el fin de hacer las operaciones más amables, seguras y eficientes. Esto es especialmente valioso en entornos de automatización de fábricas que integran múltiples dispositivos (Figura 5). Los datos recopilados pueden mostrar cuántas veces se ha subido y bajado un puesto de trabajo o cuántas veces se ha abierto y cerrado una puerta. Estos datos pueden compararse con el historial de funcionamiento o con las mejores prácticas del sector para mejorar el diseño de la célula.

Los datos de funcionamiento también pueden cruzarse con los informes de lesiones, lo que puede indicar la necesidad de realizar más análisis ergonómicos. Por ejemplo, si un actuador que posiciona un troquel de prensado informa constantemente de sobrecargas, podría indicar una tasa de incidencia de personas que se lesionan y podría identificar en qué célula ocurre esto, a qué hora del día y qué turnos pueden verse afectados.

Diversificar para sobrevivir

Las numerosas funciones integradas en los actuadores eléctricos inteligentes permiten a los usuarios abordar una aplicación pensando en la simplificación del diseño. Tener la capacidad de controlar los actuadores a través de medios digitales, proporcionar retroalimentación digital o analógica, permitir la sincronización de múltiples actuadores o añadir supervisión en tiempo real para métricas proporciona las herramientas necesarias para realizar el trabajo en un solo paquete. Ahora, cuando los usuarios analizan una aplicación, pueden ofrecer una solución de automatización que va más allá de la funcionalidad básica de un movimiento de vaivén. Los actuadores eléctricos inteligentes proporcionan movimiento plug-and-play en varios ejes de procesos automatizados sin las complicaciones de otras tecnologías de automatización, como los cilindros hidráulicos o neumáticos. Revisando previamente las necesidades de la aplicación, el usuario puede descubrir que la capacidad del actuador inteligente para controlar el movimiento, recordar la posición o proporcionar métricas de la aplicación puede diferenciarse entre un mar de otras tecnologías.

A medida que los fabricantes de maquinaria y los usuarios finales miran al futuro, sus soluciones de automatización irán más allá de la funcionalidad básica y seguirán proporcionando soluciones más sencillas, una mayor vida útil de los equipos y seguridad a largo plazo.

Cuanto más intrínseca sea esta capacidad de control al equipo, menos se interpondrá entre el usuario y los beneficios finales que espera. La recompensa puede encontrarse en la satisfacción de los trabajadores, la seguridad, la salud y la productividad, todo lo cual beneficia a todos los integrantes del flujo de valor.

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