Maximizar la eficiencia en los sistemas de control de movimiento

Los expertos predicen que para 2025, entre el 10 y el 15 % de los puestos de trabajo en tres sectores, a saber, el transporte, la fabricación y el comercio minorista, tendrán un alto potencial para la automatización. A medida que más empresas adoptan procesos y tecnologías automatizados, la demanda de sistemas de control de movimiento en fábricas y líneas de producción ha crecido exponencialmente. Los sistemas de control de movimiento aseguran que los productos se ensamblen correctamente moviendo los componentes correctos al lugar correcto, en la orientación correcta, en el momento correcto.

En esta guía, exploramos qué son los sistemas de control de movimiento, cómo funcionan, quién se beneficia de ellos y cómo maximizar su eficacia.

¿Qué son los sistemas de control de movimiento?

Un sistema de control de movimiento genera movimiento mecánico. Es accionado por un motor y diseñado para un control preciso del par, la velocidad y/o la posición. En la industria de la automatización, los sistemas de control de movimiento permiten un movimiento preciso y controlado de las piezas de la máquina.

Los sistemas de control de movimiento a menudo se usan en situaciones que requieren el inicio y la parada rápidos del movimiento, la coordinación de elementos separados y el posicionamiento exacto de un producto.

En la mayoría de los casos, los sistemas de control de movimiento utilizan controles computarizados para producir las acciones deseadas e influir en la fuerza, la velocidad, la presión y/o el posicionamiento. Los sistemas más avanzados cuentan con tecnología especializada para recopilar datos de procesos críticos y comentarios, como la velocidad o la posición, para mejorar las operaciones futuras.

La estructura básica de un sistema de control de movimiento

Los sistemas de control de movimiento se componen de tres componentes básicos:un controlador de movimiento, un controlador de motor o amplificador y un motor.

Controlador de movimiento

El controlador de movimiento es el cerebro de todo el sistema. Maneja todos los requisitos computacionales de ejecución de secuencias, cierre de bucle de servo y planificación de rutas de movimiento. Es controlado por el usuario final para cumplir con los comandos que guían la función de la máquina. Los controladores de movimiento varían según la cantidad de ejes, la resolución requerida, el tiempo de actualización y el bus de combinación específico admitido.

Luego, el controlador de movimiento suministra una señal de comando de motor de baja potencia analógica o digital al controlador del motor.

Motor o amplificador

El accionamiento del motor recibe la señal de baja potencia del controlador de movimiento y la envía al motor.

Los impulsores de motor son responsables de entregar la cantidad correcta de voltaje y corriente al motor que produce par y pone la carga en movimiento.

Los accionamientos pueden ser de tipo analógico, digital, paso a paso, lineal, de frecuencia variable y servo. Cada unidad tiene una función y una capacidad únicas. Cada variador funciona con ciertos motores y algunos funcionan mejor para aplicaciones específicas.

Motor

También conocido como el músculo de los sistemas de control de movimiento, el motor convierte la energía eléctrica en energía mecánica y produce el par necesario para moverse a la posición de destino.

Los motores de los sistemas de control de movimiento se clasifican como CC o CA, según el tipo de alimentación que utilicen.

Los motores de CA ofrecen más versatilidad, aceleración controlada, límite de par ajustable y menos perturbaciones en la línea de alimentación. Los motores de CC, por otro lado, tienen un alto par de arranque y son más fáciles de instalar y usar.

Dispositivo de retroalimentación

Los dispositivos de retroalimentación se pueden encontrar tanto en sistemas de circuito cerrado como de circuito abierto. Envían información de posición, dirección o velocidad al controlador de movimiento. Luego, el controlador hace los ajustes necesarios a la corriente para lograr la salida objetivo.

Los sistemas de control de movimiento se utilizan ampliamente para aplicaciones industriales y de fabricación. A menudo se encuentran en industrias que incluyen:

• Textil
• Agricultura
• Semiconductores y electrónica
• Impresión y papel
• Plástico y goma
• Petróleo y gas
• Fabricación de metales y maquinaria
• Médico
• Muebles y madera
• Alimentos y bebidas
• Energía
• Automoción
• Aeroespacial y defensa

Cómo mejorar la eficiencia de su sistema de control de movimiento

1. Use el motor correcto para la aplicación específica

El uso de los motores apropiados para la aplicación puede conducir a una salida de mejor calidad y mayores ahorros de energía. Tres de los motores más comunes utilizados en los sistemas de control de movimiento en la actualidad son los motores de CC (con escobillas y sin escobillas), paso a paso y servo.

Motores CC con escobillas son fáciles de controlar, tienen un par excelente a bajas velocidades, son razonablemente eficientes y, en su mayoría, económicos. Producen ruido audible y ruido electromagnético que podría causar interferencias dentro del sistema. Además, un motor de CC con escobillas requiere un mantenimiento constante, ya que las escobillas pueden desgastarse y eventualmente se desgastarán.

Aplicaciones comunes:vibrador de teléfono móvil, juguetes, ventiladores de mano, taladros inalámbricos, ventanas de automóviles.

Motores CC sin escobillas son más silenciosos que un motor con escobillas ya que no hay contacto entre las superficies. Por esta misma razón, también son más eficientes. Un motor de CC sin escobillas proporcionará más potencia que un motor de CC con escobillas con el mismo tamaño de imán. La desventaja de estos motores es que son difíciles de controlar y, a menudo, requieren un controlador especial.

Aplicaciones comunes:lavadora, aire acondicionado, ventiladores de computadora, unidades de disco, drones

Motores paso a paso se utilizan para posicionamiento preciso y/o control de velocidad. Tienen un excelente par a bajas velocidades y son perfectos para aplicaciones con alto par de retención. Se pueden controlar fácilmente con microcontroladores de bajo costo. La desventaja de un motor paso a paso es el ruido que se crea, un par limitado a altas velocidades y una menor eficiencia. Dado que consumen energía constantemente, tienden a calentarse.

Aplicaciones comunes:cámaras de seguridad, inclinaciones de espejos laterales de automóviles, impresoras

Servomotores tienen un excelente par motor a velocidades superiores a 2000 rpm. Con retroalimentación de bucle cerrado, tienen la mayor precisión de posicionamiento. Son necesarios para las aplicaciones de control de movimiento más avanzadas. Las posibles desventajas de un servomotor son el costo y la fluctuación potencial al tratar de mantener la posición.

Aplicaciones comunes:impresión 3D, CNC, embalaje, sistemas cartesianos

2. Utilice variadores de velocidad apropiados y eficientes

Los fabricantes de hoy buscan una mayor eficiencia de la máquina y del rendimiento general para mantenerse por delante de la competencia y satisfacer las necesidades cambiantes de los clientes.

La última generación de variadores de frecuencia (VFD) desempeña un papel clave en la aceleración de la eficiencia operativa durante las etapas de diseño y producción. Los VFD ayudan a alinear la velocidad del motor con la velocidad deseada de la maquinaria impulsada. También están diseñados para un ruido más bajo, un arranque más suave y un mantenimiento reducido.

3. Seleccione el controlador lógico programable (PLC) adecuado

Los PLC son una herramienta de automatización popular entre varias industrias porque son fáciles de usar y brindan un control preciso y modificable.

Al seleccionar su PLC, es importante definir los requisitos de la aplicación, incluidos los conceptos básicos de control y la escalabilidad futura. Otros factores importantes a considerar incluyen:

• Número y tipo de E/S
• Funciones de control necesarias
• Recopilación de datos y requisitos de funciones especiales
• Opciones de comunicación
• Experiencia en automatización y capacidades del personal de la planta

Si bien algunos miembros del personal de la planta son expertos en automatización, otros tienen poca experiencia con las tecnologías más nuevas. Afortunadamente, existen varios PLC en el mercado especialmente diseñados para principiantes. Aunque a menudo son pequeños y simples, estos controladores están diseñados para una fácil expansión y poseen muchas de las funciones que se encuentran en los PLC más grandes.

4. Use solo los componentes apropiados

Los sistemas de control de movimiento constan de varias partes mecánicas, como correas y cojinetes. Cada componente tendrá un impacto en el rendimiento general de todo el sistema. Es por eso que todas las piezas deben revisarse y probarse constantemente, desde la etapa de diseño hasta la instalación.

5. Programe un mantenimiento regular

Todos los componentes pasan por el desgaste normal, lo que puede resultar en una menor eficiencia del sistema. El mantenimiento preventivo planificado elimina el costoso tiempo de inactividad causado por una avería. También extiende la vida útil del sistema de control de movimiento, lo que evita reparaciones importantes y el reemplazo prematuro de maquinaria.

Potentes tecnologías de automatización adaptadas a sus necesidades

En las líneas de producción donde la potencia, la productividad y la precisión del movimiento son de vital importancia, contar con el sistema de control de movimiento adecuado puede marcar la diferencia entre el éxito y el fracaso.

John Henry Foster puede ayudarlo a implementar un sistema de control de movimiento que se pueda personalizar para su aplicación específica. Desde 1938, hemos estado equipando a los fabricantes con robótica, automatización y sistemas industriales adaptados a las necesidades únicas de cada cliente. Comuníquese con nuestro equipo para obtener una cotización.