Soluciones de movimiento y control para impulsar la eficiencia y la sostenibilidad en la industria

Figura 1: Bombas de agua en una gran central eléctrica. (Fuente de la imagen: Shutterstock)

Ante los retos medioambientales y la necesidad de una electrónica sostenible, las industrias de todo el mundo buscan soluciones para optimizar sus operaciones y minimizar su huella de carbono. Independientemente del sector, es necesario controlar los procesos para reducir el consumo de energía, minimizar los residuos y maximizar el rendimiento.

Los productos de movimiento y control trabajan juntos para gestionar el movimiento, la velocidad y la posición de los elementos mecánicos dentro de las aplicaciones electrónicas. Estos productos están diseñados para proporcionar un control preciso, eficaz y fiable de diversos aspectos del movimiento, lo que permite a las máquinas y equipos desempeñar sus funciones con un rendimiento óptimo y un mínimo de errores.

DigiKey, distribuidor mundial de componentes electrónicos, ofrece una amplia selección de productos de movimiento y control de múltiples proveedores, lo que permite a los clientes mejorar la sostenibilidad y eficacia de sus sistemas de automatización.

Componentes básicos de los sistemas de movimiento y control

En el corazón de las soluciones de movimiento y control están los motores eléctricos, que sirven como medio principal para convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Existen varios tipos utilizados en aplicaciones, cada uno con características y ventajas únicas. Por ejemplo, los motores de CA son conocidos por su durabilidad, eficiencia y capacidad para funcionar a altas velocidades, lo que los hace idóneos para su uso en máquinas industriales, sistemas de climatización y otras aplicaciones en las que es esencial un rendimiento fiable a largo plazo. Los motores de CC, por su parte, ofrecen un excelente control del par de torsión y la velocidad, lo que les permite ser ideales para aplicaciones que requieren movimientos precisos, como la robótica y los sistemas de automoción. Los motores paso a paso proporcionan un posicionamiento muy preciso y se utilizan en impresoras 3D, máquinas CNC y otros dispositivos que exigen un movimiento preciso e incremental. Los servomotores, con sus rápidos tiempos de respuesta y su elevado par de torsión, se emplean en aplicaciones que requieren movimientos rápidos y precisos, como los sistemas aeroespaciales.

Para controlar y regular eficazmente el funcionamiento de los motores, las soluciones de movimiento y control se basan en una gran variedad de accionamientos y controladores. Los variadores de frecuencia (VFD) se utilizan para gestionar la velocidad y el par de torsión de los motores de CA, lo que permite un funcionamiento suave y eficiente y el ahorro de energía. Los servoaccionamientos, diseñados específicamente para servomotores, proporcionan un control en bucle cerrado y permiten un posicionamiento y un movimiento de gran precisión. Los controladores de movimiento, capaces de manejar varios ejes de movimiento simultáneamente, se emplean en aplicaciones complejas en las que coordinan y sincronizan el movimiento de varios componentes para un funcionamiento suave y preciso.

Los actuadores también desempeñan un papel crucial en los sistemas de movimiento y control, ya que son responsables de convertir la energía en movimiento y de proporcionar fuerza para mover los componentes mecánicos. Conocidos por su gran fuerza de salida y su capacidad para soportar cargas pesadas, los actuadores hidráulicos se utilizan en equipos de construcción, maquinaria industrial, etc., donde se requiere potencia bruta. Los actuadores neumáticos, que dependen del aire comprimido para generar movimiento y proporcionar tiempos de respuesta rápidos, se utilizan en aplicaciones que implican movimientos rápidos y repetitivos, como las líneas de envasado y ensamblaje. Los actuadores eléctricos, tanto lineales como giratorios, proporcionan un control preciso en aplicaciones como dispositivos y equipos médicos, de automoción y aeroespaciales.

Figura 2: Sistema robótico de cámaras con sensores de visión en una fábrica inteligente. (Fuente de la imagen: Shutterstock)

Sensores, dispositivos de retroalimentación y sistemas de control

Para garantizar que los sistemas de movimiento y control funcionen con el máximo nivel de precisión y fiabilidad, se utilizan sensores y dispositivos de retroalimentación para supervisar y medir diversos aspectos del movimiento. Los sensores de posición, como los potenciómetros lineales y giratorios, proporcionan datos en tiempo real sobre la ubicación exacta de los elementos mecánicos, lo que permite un posicionamiento y un seguimiento precisos. Los encóderes, como los incrementales y absolutos, se utilizan para determinar la posición angular y la velocidad de los ejes giratorios, lo que permite un control preciso de la velocidad y la posición. Los resolvers, similares a los encóderes pero diseñados para su uso en entornos hostiles, también ofrecen una gran precisión y fiabilidad en aplicaciones sensibles.

Todos estos componentes están unidos por los sistemas de control que orquestan y gestionan el funcionamiento general de las soluciones de movimiento y control. Los controladores lógicos programables (PLC), computadoras industriales resistentes diseñadas para el control y la automatización, gestionan múltiples señales de entrada y salida simultáneamente en la automatización de fábricas, el control de procesos y otras aplicaciones. Los PC industriales, que ofrecen mayor flexibilidad y capacidad de procesamiento que los PLC, suelen utilizarse junto con software avanzado de control de movimiento para simular algoritmos de control de movimiento en sistemas complejos de varios ejes.

Componentes de movimiento y control en aplicaciones industriales

Las soluciones de control y movimiento son cruciales para mejorar la eficacia, la precisión y la productividad en una amplia gama de procesos industriales. Por ejemplo, gestionan equipos como brazos robóticos y máquinas herramienta para mejorar las operaciones industriales y minimizar los errores. En fábricas de automóviles y almacenes, los sistemas de movimiento y control coordinan el movimiento de robots industriales, robots colaborativos (cobots) y robots móviles autónomos (AMR) para realizar tareas como manipulación, ensamblaje e inspección. Del mismo modo, en las aplicaciones de embalaje industrial, las soluciones de movimiento y control recogen y transportan artículos como cajas y palés mediante sistemas transportadores, máquinas clasificadoras y sistemas automatizados de almacenamiento/recuperación (AS/RS).

En el sector médico, los sistemas de movimiento y control determinan el modo en que se presta la asistencia sanitaria y se lleva a cabo la investigación. Permiten el posicionamiento, la dosificación y la automatización precisos en dispositivos y equipos médicos, como robots quirúrgicos, sistemas de diagnóstico por imagen e instrumentación de laboratorio. Por ejemplo, los robots quirúrgicos equipados con componentes de movimiento y control pueden realizar intervenciones con precisión y mínimamente invasivas, lo que reduce el tiempo de recuperación de los pacientes y mejora los resultados generales. Los sistemas automatizados de manipulación de líquidos en laboratorios de investigación farmacéutica también utilizan sistemas de movimiento y control para dispensar y mezclar reactivos con precisión, agilizando el proceso de descubrimiento de fármacos y acelerando el desarrollo de nuevas terapias.

Las industrias aeroespacial y de defensa también dependen de soluciones de movimiento y control de precisión para aplicaciones de misión crítica como el posicionamiento por satélite, los sistemas de control de aeronaves y el guiado de misiles. En estos sectores, la más mínima desviación del movimiento o la posición previstos puede tener un impacto catastrófico. Las tecnologías de movimiento y control garantizan que estos sistemas funcionen con una precisión y fiabilidad excepcionales, permitiendo que los satélites mantengan sus órbitas, los aviones vuelen con seguridad y los misiles alcancen sus objetivos. Además, estas soluciones hacen posible el desarrollo y las pruebas de nuevas tecnologías aeroespaciales y de defensa, lo que permite a los ingenieros simular y validar sistemas complejos antes de implantarlos sobre el terreno.

Comprender la estrategia multiproveedor de DigiKey

Al asociarse con múltiples proveedores, DigiKey garantiza que los ingenieros y diseñadores de sistemas tengan acceso a una amplia selección de productos. Esta estrategia no solo aumenta la variedad de productos, sino que también mejora la disponibilidad, promueve precios competitivos y proporciona acceso a una gran experiencia técnica. Una clara ventaja del enfoque multiproveedor de DigiKey es la capacidad de satisfacer una gran cantidad de requisitos industriales. Tanto si se trata de un motor paso a paso compacto para instrumentación de precisión como de un servoaccionamiento de alto par para automatización pesada, el inventario de DigiKey ofrece una solución para todas las aplicaciones. Esta diversidad permite a los ingenieros encontrar los productos más adecuados para sus necesidades específicas, que pueden optimizar el rendimiento y la eficiencia general del sistema. Además, al abastecerse de múltiples proveedores, DigiKey minimiza el riesgo de interrupciones en la cadena de suministro: cuando un fabricante experimenta problemas o retrasos en la producción, se pueden obtener productos alternativos de otros proveedores, lo que garantiza un suministro fiable y constante para los clientes. Esta resistencia marca la diferencia en las instalaciones industriales, donde incluso un tiempo de inactividad mínimo puede tener un impacto significativo en los recursos, los presupuestos y las operaciones.

Productos avanzados de movimiento y control de los líderes del sector

Las asociaciones de DigiKey con fabricantes líderes como Schneider Electric, Siemens y Omron demuestran su compromiso con la calidad y la Innovation. Estos gigantes de la industria son famosos por sus soluciones de control y movimiento de vanguardia, que incorporan funciones y tecnologías avanzadas para impulsar la eficiencia y la sostenibilidad.

El arrancador suave ATS480 Altivar™ de Schneider Electric (Figura 3) se basa en el rendimiento de arranque/parada de iteraciones anteriores para prolongar aún más la vida útil de los equipos y maximizar la disponibilidad de las aplicaciones en entornos exigentes. El Altivar 212 VSD proporciona la máxima facilidad de uso y seguridad para integradores de sistemas y usuarios finales en sistemas de climatización, ahorrando energía y mejorando el confort y la gestión del edificio. Del mismo modo, los variadores de frecuencia ATV320 ofrecen seguridad, fiabilidad y sencillez en factores de forma compactos para simplificar la instalación y aprovechar el espacio.

Figura 3: Arrancador suave ATS480 Altivar™ de Schneider Electric. (Fuente de la imagen: Schneider Electric)

La línea Easy TeSys de Schneider Electric incluye arrancadores manuales de motor con protección magnética a 13 veces el ajuste máximo del dial, relés térmicos de sobrecarga con conexiones de terminales de abrazadera de tornillo y contactores tripolares que ofrecen una vida útil de aproximadamente un millón de operaciones eléctricas. Estos dispositivos están diseñados para conmutar y proteger las aplicaciones de motor más comunes. Los arrancadores de motor comunicantes en isla TeSys™ eliminan el cableado de control y la E/S de PLC con un solo clic de cable plano, proporcionando acceso a los datos a través de protocolos de comunicación industriales.

Los accionamientos SINAMICS V20 de Siemens, con su diseño compacto, robusto y resistente, son ideales para su uso en una gran variedad de aplicaciones de accionamiento básicas en instalaciones de proceso y fabricación. Además, los conjuntos de contactores inversores de la serie SIRIUS 3RA23 evitan errores de cableado en los circuitos principales y de control. Controla los contactores SIRIUS que ofrecen opciones flexibles para conmutar cargas eléctricas, con opciones de mecanismos de funcionamiento convencionales y de estado sólido.

Los variadores de frecuencia de la serie MX2 de Omron ofrecen un control avanzado de motores y máquinas mediante tecnología VFD para un funcionamiento preciso, ahorro de energía y protección contra fallos. Con su avanzado diseño y algoritmos, el MX2 proporciona un control suave hasta velocidad cero y capacidad de control de par de torsión en bucle abierto.

Figura 4: Relé de sobrecarga térmica TeSys de Schneider Electric. (Fuente de la imagen: Schneider Electric)

Mejora de la sostenibilidad en una línea de producción automatizada

Para ilustrar el impacto de las tecnologías de movimiento y control en la sostenibilidad, consideremos una línea de producción automatizada en una planta de fabricación. Desde el control preciso de las velocidades de las cintas transportadoras y los motores de las envasadoras hasta la integración de brazos robóticos y la implantación de sistemas de seguridad, estos componentes permiten a los fabricantes alcanzar sus objetivos de minimizar el consumo de energía y los residuos, al tiempo que garantizan la seguridad y fiabilidad de las operaciones:

Sistemas transportadores: En la cadena de producción automatizada, los sistemas transportadores desempeñan un papel fundamental en el transporte de materiales y productos entre las distintas fases del proceso de fabricación. Mediante la incorporación del VSD Altivar 212 de Schneider Electric o el VFD de la serie MX2 de Omron, es posible controlar la velocidad de los motores de los transportadores para adaptarla al ritmo de producción requerido. Al garantizar que el transportador funcione a una velocidad óptima, el consumo de energía es menor y se reduce el desgaste de los componentes mecánicos. Además, los arrancadores suaves como el arrancador suave Altivar™ ATS480 de Schneider Electric proporcionan un arranque y parada suaves de los motores de las cintas transportadoras, reduciendo la tensión mecánica y prolongando la vida útil del equipo.

Máquinas de envasado: Las máquinas de envasado son una parte integral de la línea de producción automatizada, responsable de envolver, sellar y etiquetar los productos. Estas máquinas suelen requerir un control preciso de la velocidad y el par de torsión del motor para garantizar un envasado uniforme y preciso. Mediante la integración de los variadores de frecuencia ATV320 de Schneider Electric, los motores de las máquinas de envasado pueden controlarse con gran precisión, lo que mejora el rendimiento general del sistema y la eficiencia energética.

Brazos robóticos: Los brazos robóticos se utilizan ampliamente en líneas de producción automatizadas para tareas como la manipulación de materiales, el ensamblaje y la inspección de calidad. Estas herramientas requieren un control preciso de múltiples ejes de movimiento para realizar sus tareas con precisión y eficacia. Los arrancadores de motor comunicantes de isla TeSys de Schneider Electric ofrecen control para motores de brazos robóticos. Al evitar la necesidad de cableados complejos y PLC IO, la isla TeSys también facilita una instalación más rápida y una configuración sencilla del sistema de control del brazo robótico. La interfaz digital integrada y la herramienta de configuración inteligente simplifican la puesta en marcha y el ajuste, mientras que la posibilidad de acceder a datos críticos mediante protocolos de comunicación permite la supervisión remota y el mantenimiento predictivo.

Bombas y ventiladores: Las bombas y los ventiladores son vitales en diversos aspectos de una línea de producción automatizada, como los sistemas de refrigeración, las unidades de potencia hidráulica y los sistemas de ventilación. Optimizar el rendimiento de estos componentes puede reducir el consumo de energía y garantizar el máximo tiempo de funcionamiento. Los convertidores SINAMICS V20 de Siemens, con su diseño compacto y resistente, son adecuados para controlar bombas y ventiladores en entornos industriales. Los variadores SINAMICS V20 ofrecen diversas funciones, como control PID, control multibomba y modos de ahorro de energía.

Sistemas de seguridad: Garantizar la seguridad del personal y los equipos es de suma importancia en las instalaciones de fabricación. Con los conjuntos de contactores con clasificación de seguridad, las líneas de producción pueden alcanzar un alto nivel de seguridad, reduciendo el riesgo de accidentes y los tiempos de inactividad. Los ensambles de contactores de inversión de la serie SIRIUS 3RA23 de Siemens pueden implementar funciones de seguridad en el sistema de control del motor. Estos ensamblajes se integran perfectamente en sistemas de seguridad funcional conformes a normas internacionales como IEC 61508 e ISO 13849-1. Las características de enclavamiento mecánico y eléctrico integradas de la serie 3RA23 también evitan errores de cableado y garantizan un funcionamiento seguro de los circuitos de motor inversor.

Figura 5: Brazos robóticos industriales inteligentes para la producción en fábricas digitales. (Fuente de la imagen: Shutterstock)

Conclusión:

Las soluciones avanzadas de control y movimiento son factores críticos de eficiencia y sostenibilidad en un amplio rango de industrias. Al integrar estas tecnologías en las líneas de producción automatizadas, los fabricantes mejoran la eficiencia operativa, reducen el consumo de energía, minimizan el desperdicio de materiales y prolongan la vida útil de los equipos. La cartera de productos de DigiKey procedente de múltiples proveedores permite a los ingenieros y diseñadores crear sistemas que ofrecen un alto rendimiento a la vez que son respetuosos con el medio ambiente. DigiKey proporciona una plataforma en la que los ingenieros pueden explorar, comparar y adquirir los productos de control y movimiento más adecuados para sus aplicaciones.