Elevar el listón de la ergonomía con actuadores eléctricos inteligentes

Los actuadores lineales eléctricos han brindado durante mucho tiempo beneficios ergonómicos al automatizar tareas que son repetitivas, sucias o peligrosas. Recientemente, la integración de la inteligencia a bordo en los actuadores eléctricos ha elevado su contribución ergonómica a un nuevo nivel. Las funciones inteligentes como el control digital del motor, la retroalimentación de posición, la sincronización y el monitoreo 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 de motores digitales

Los actuadores tradicionales a menudo dependen de grandes relés de bajo consumo de energía o de controladores independientes para extender, retraer o detener los actuadores. El uso de componentes electrónicos integrados para administrar la energía puede reducir la corriente en los interruptores o contactos de 20 A a menos de 22 mA, lo que permite un diseño de sistema más simple y menos costoso. Los operadores pueden ejecutar y cambiar la dirección del actuador con un simple control.

Imagine un espacio de trabajo en el que los trabajadores manipulan componentes que pesan más de 100 libras y requieren estirarse y doblarse con frecuencia. Si su mesa de trabajo estuviera controlada por actuadores equipados con interruptores de bajo nivel, cada usuario podría ajustar la altura a un nivel que requiera una mínima flexión o estiramiento, reduciendo la fatiga y mejorando la productividad (Figura 1).

Si bien los conjuntos de actuadores tradicionales podrían permitir tales ajustes, requerirían una conmutación externa del motor, lo que consume más energía y debe hacerse manualmente. Sin embargo, al controlar el flujo del circuito electrónicamente, toda esa conmutación está integrada 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 tiene beneficios de seguridad. Un actuador consume entre 20 y 40 amperios, dependiendo 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 posibles riesgos de descarga eléctrica de los relés de alto amperaje.

Comentarios de posición digital

Los actuadores eléctricos inteligentes (Figura 2) no solo permiten ajustes finos de posición, sino que también brindan información en tiempo real sobre el alcance de esos ajustes. Pueden informar sobre la ubicación de la carga a lo largo de la carrera. En el ejemplo de la mesa de trabajo de la Figura 1, pudieron capturar datos sobre la ubicación de la carga y compararlos con parámetros preestablecidos para garantizar un funcionamiento uniforme.

Junto con la retroalimentación de posición digital viene la capacidad de medir y controlar la velocidad. Suponga que está automatizando la subida o bajada de una puerta pesada que protege una máquina en particular o forma una partición. El microcontrolador podría recibir recuentos de pulsos de un codificador y calcular la distancia y la velocidad de viaje en función de la cantidad de pulsos recibidos dentro de un intervalo de tiempo establecido. Siguiendo con el ejemplo de la puerta pesada (Figura 3), esto permitiría establecer la velocidad para que disminuya a medida que llega al final del recorrido, evitando que la puerta se cierre de golpe antes de que el operador tenga tiempo de despejar la abertura.

Retroalimentación de posición analógica

La retroalimentación de posición digital es una de las formas más fáciles de medir la velocidad del actuador, pero no es fácil de programar porque no recuerda las posiciones que informa después de una pérdida de energía o un apagado. Sin embargo, los actuadores inteligentes equipados con potenciómetros analógicos pueden recibir información de posición exacta de los potenciómetros en la caja de engranajes del actuador, que envía señales de voltaje que alertan a los usuarios sobre la velocidad y la dirección de la transmisión, desde el principio hasta el final de la carrera. Recuerdan esa posición, por lo que si se pierde la energía, no hay necesidad de volver a la posición inicial y reiniciar el dispositivo.

La memoria de posición confiable permite el desarrollo de aplicaciones que almacenan configuraciones ergonómicas para cada usuario, lo que permite que el espacio de trabajo se adapte a múltiples personas en función de factores como la altura, los procedimientos almacenados o las preferencias del usuario.

Sincronización

Los beneficios ergonómicos de los actuadores eléctricos inteligentes son aún más pronunciados cuando se utilizan con múltiples actuadores. Puede configurar los actuadores para que se ajusten automáticamente a las cargas cambiantes. Una aplicación de ensamblaje de aeronaves 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 mueven por la plataforma, el peso se desplaza a diferentes partes de la plataforma, lo que provoca un desequilibrio potencial. Los actuadores inteligentes ubicados en varios puntos debajo de la plataforma (p. ej., uno en cada esquina) podrían configurarse para autoajustarse para compensar los cambios de carga durante el movimiento síncrono del actuador (Figura 4).

Los ajustes que contrarrestan estas cargas cambiantes se realizan tanto con control de velocidad como con retroalimentación de posicionamiento. Los actuadores se comunican entre sí a través de una red interna, leen la velocidad de los demás en función de los comentarios de posicionamiento y se ajustan en consecuencia.

Sin embargo, hacerlo con retroalimentación digital da como resultado un paso entrecortado, que los diseñadores pueden evitar poniendo tanto la posición como la velocidad en el circuito de retroalimentación y haciendo que se ajusten en función de la velocidad de actuación y la posición. Esto proporciona una ventaja ergonómica que levantará una carga en movimiento sin problemas desde varios puntos, compensando las cargas de tamaño incómodo, como plataformas, asientos y puertas pesadas.

El control de múltiples actuadores tradicionales es posible, pero es una operación imprecisa, que requiere mucho tiempo y mano de obra que ejerce una presión adicional sobre los actuadores, lo que eventualmente conduce a un atascamiento u otro mal funcionamiento. La sincronización inteligente del actuador elimina las conjeturas y da como resultado un movimiento equilibrado, suave y bien posicionado.

Monitoreo en tiempo real

Los actuadores eléctricos inteligentes pueden devolver resultados de monitoreo continuos de temperatura, corriente, velocidad, voltaje y otras variables, lo que permite el monitoreo de condiciones, el diagnóstico y el manejo de errores avanzados. La retroalimentación puede aparecer tan rápido como diez veces por segundo, ya que el actuador se prueba continuamente a sí mismo. Si detecta un problema (p. ej., superación de un umbral de temperatura), el actuador puede detenerse a mitad de carrera o finalizar su movimiento programado, ya sea completamente retraído o extendido, detenerse y enviar un indicador de error a la computadora, todo en una fracción de segundo. segundo.

Estos comentarios permiten a los usuarios alejarse de sus operaciones para analizar patrones de uso, velocidad y posición para hacer que las operaciones sean más amigables, 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 una estación de trabajo o cuántas veces se ha abierto y cerrado una puerta. Esto se puede comparar con el historial operativo o las mejores prácticas de la industria para mejorar el diseño de la celda.

Los datos operativos también se pueden cruzar con los informes de lesiones, lo que puede señalar la necesidad de realizar más análisis ergonómicos. Si, por ejemplo, un actuador que coloca un troquel de crimpado informara constantemente sobre sobrecargas, podría indicar una tasa de incidencia de personas que se lastiman y podría identificar en qué celda 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 teniendo en cuenta 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 agregar monitoreo en tiempo real para métricas proporciona las herramientas necesarias para hacer el trabajo en un solo paquete. Ahora, cuando los usuarios miran una aplicación, pueden ofrecer una solución de automatización que va más allá de la funcionalidad básica de un movimiento de ida y vuelta.

Los actuadores eléctricos inteligentes proporcionan movimiento plug-and-play en múltiples ejes de procesos automatizados sin las complicaciones de otras tecnologías de automatización, como cilindros hidráulicos o neumáticos. Al revisar las necesidades de la aplicación de antemano, es posible que el usuario descubra 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 máquinas y los usuarios finales miren hacia el futuro, sus soluciones de automatización irán más allá de la funcionalidad básica y continuarán brindando soluciones más sencillas, una vida útil más prolongada del equipo y seguridad a largo plazo.

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

Este artículo fue escrito por Chris Diak, gerente de ventas de productos de automatización en Motion Industries (Birmingham, AL) y Travis Gilmer, especialista en línea de productos:actuadores lineales en Thomson Industries (Radford, VA).