Cambio a accionamientos DC: alternativa fiable a servos AC en control de movimiento industrial

Los sistemas de servo accionados por corriente alterna (AC) ya no son la única opción fiable para control de movimiento industrial, con avances en motores y accionamientos de servo y stepper de corriente continua (DC) proporcionando alternativas robustas. Aunque muchos accionamientos DC de bajo voltaje tradicionales no pueden manejar el rigor de entornos de planta hostiles, los accionamientos modernos de alto rendimiento están cambiando esta situación para mejor.

Diferencias entre steppers y servos

Antes de comparar sistemas AC con DC, hay varias diferencias importantes entre steppers y servos. La brecha de aplicación se está cerrando rápidamente entre motores y accionamientos stepper y servo, ya que los avances en precisión de accionamientos stepper están aumentando enormemente su usabilidad. Sin embargo, diferencias clave de rendimiento entre los dos aún descartan el uso de steppers en las aplicaciones más exigentes.

Lo más notable: los steppers proporcionan alto par a baja velocidad pero este disminuye sustancialmente a medida que aumenta la velocidad. Los servos, por otro lado, mantienen par consistente a lo largo del espectro de velocidad del motor, haciéndolos excelentes para ejecutar funciones de seguridad como par limitado de seguridad (SLT) y velocidad (SLS) con frenado activo.

Los steppers proporcionan medios para control de seguridad torque-off (STO) y típicamente pueden operar en lazo abierto, significando que no se requiere encoder o resolver. Los servos entregan mayor velocidad, aceleración y precisión que los steppers pero cuestan más y requieren un encoder para retroalimentación de posicionamiento preciso.

Steppers modernos: 50-100 polos por revolución, cercano a posicionamiento analógico

Aunque técnicamente discretos debido a sus movimientos incrementales con cada pulso consistente, los 50 a 100 polos por revolución de los steppers modernos se acercan al rendimiento de posicionamiento continuo y velocidad analógicos. Esto hace que los steppers sean una alternativa viable a servos en muchas aplicaciones.

Cuándo la energía AC no está disponible o es inaceptable

Aunque los accionamientos de servo y frecuencia variable AC de medio a alto voltaje satisfacen muchas necesidades en una planta típica, la energía AC a veces no está disponible o es inaceptable para ciertas aplicaciones. Notablemente, esto incluye aplicaciones accionadas por batería y de contacto humano, como resonancia magnética (Figura 1), usando robots o cobots.

Accionamientos DC modernos: compactos, eficientes, endurecidos industrialmente

Además, los accionamientos DC modernos de bajo voltaje (Figura 2) pueden mejorar otras aplicaciones porque son más compactos y eficientes que los sistemas AC tradicionales, proporcionan aceleración y desaceleración rápida del motor, y son típicamente menos complicados de configurar. A diferencia de accionamientos de grado consumidor, están endurecidos industrialmente para soportar temperaturas extremas, vibración y ruido eléctrico.

Funciones de seguridad integradas: STO, SLT, SLS

Cuando se usan en sistemas de seguridad, los ingenieros pueden aprovechar la funcionalidad STO cableada de los accionamientos stepper de bajo voltaje para cortar directamente la energía productora de par o fuerza suministrada al motor. Los accionamientos de servo DC están listos para seguridad con SLT y SLS configurables. Estos accionamientos proporcionan una interfaz de recolección de datos del motor, permitiendo a controladores compatibles procesar y actuar sobre el estado del motor como se configura en el entorno de programación. Un PLC comunicándose con el accionamiento controla el movimiento del motor a través de objetos tecnológicos embebidos en software para integración sin fisuras con el resto del sistema de automatización (Figura 3).

Mantenimiento mínimo y larga vida

Los accionamientos y motores stepper DC contienen relativamente pocos componentes, mientras que los motores de servo DC conmutados electrónicamente poseen la ventaja de no tener partes de desgaste como ventiladores o escobillas. Estos atributos ayudan a que ambos sistemas stepper y servo DC se mantengan por largos períodos con mantenimiento mínimo. Ambos tipos de accionamiento son adecuados para una amplia gama de aplicaciones de velocidad variable, posicionamiento, eje síncrono y engranajes.

Conclusión: considerar DC para aplicaciones industriales

En muchos casos, ingenieros y diseñadores miran primero a los accionamientos AC tradicionales para aplicaciones industriales. Pero los accionamientos stepper y servo DC industriales de extra-bajo voltaje proporcionan control de motor fiable y altamente configurable y, cuando se seleccionan adecuadamente, satisfacen necesidades de aplicaciones industriales.

Este artículo fue escrito por Kevin Wu, gerente de marketing de producto de controlador de movimiento SIMATIC para Siemens Industry, Norcross, GA. Para más información, visite aquí.