Control de movimiento y automatización

Principales componentes de un sistema de control de movimiento

Autor: Gabriela Torres

nov 12, 2021

La velocidad, la posición y la aceleración en los diversos ejes servocontrolados son algunas de las variables que debes tomar en cuenta para lograr un control de movimiento eficaz en las máquinas que utilizas para tu producción. El control de movimiento emplea tecnología que, en las últimas décadas, ha sustituido cada vez con mayor amplitud los sistemas mecánicos (engranajes, levas mecánicas, etcétera). Lo anterior se debe a que el control de movimiento utiliza controladores y accionamientos que funcionan de manera electrónica. Gracias a estos avances puedes librar costos asociados con el mantenimiento y el desgaste de las piezas mecánicas.

El control de movimiento forma parte de la automatización y, por tanto, es aplicable en todos los sectores industriales. Un ejemplo concreto del uso del control de movimiento en las empresas son las máquinas paletizadoras, empaquetadoras o los transportadores. Estas máquinas, gracias a la tecnología del control de movimiento, representan diversas ventajas en términos de capital humano, costos y mercancía:

Contribuyen a reducir la mano de obra.

Garantizan seguridad y rapidez.

Evitan riesgos físicos a los operadores al reducir esfuerzos para soportar cargas pesadas.

Minimizan la pérdida de productos.

Aumentan la productividad porque reducen los tiempos de fabricación.


Implementar un sistema de control de movimiento es un proyecto complejo que exige tomar algunas decisiones claves. Para ello, te compartimos los elementos básicos que componen estos sistemas.



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Componentes electrónicos

Los sistemas de control de movimiento utilizan un software de aplicación para indicar las posiciones deseadas y los perfiles de movimiento (la forma en que el producto se moverá a lo largo del proceso).

Además de ello, se componen de otras tres partes indispensables que te detallamos a continuación.


Software
Software de aplicación para indicar las posiciones deseadas.


Controlador de movimiento

Este elemento depende directamente del software y funciona como una computadora que recibe instrucciones del operador desde alguna interfaz de usuario o servidor; a su vez, produce la señal en formato digital o analógico para regir el comportamiento del motor y de los actuadores que son controlados por este.

Dentro de este proceso, el controlador realiza los cálculos para trazar el recorrido del movimiento, el cierre del lazo de control y la secuencia de ejecución. Así, toma los datos de las posiciones y los movimientos deseados para crear las trayectorias que deberán seguir los motores.

El controlador de movimientos determina el comando de torque adecuado a partir de las trayectorias calculadas, posteriormente, envía la señal al amplificador del motor; así se logra producir el movimiento efectivo. Este componente también es el encargado de cerrar el lazo de control, así como de monitorear los límites y los escenarios de paro de emergencia que brindan una operación segura.

La posición final que se espera, la velocidad máxima que se obtendrá y los valores de aceleración dados son las variables que utiliza el controlador para definir cuánto tiempo invertirá en los tres segmentos primarios de movimiento (aceleración, velocidad constante y desaceleración).


Servocontrolador
El controlador realiza los cálculos para trazar el recorrido del movimiento.



Drive

Este dispositivo también es conocido como amplificador; recibe este nombre porque regula la velocidad de los motores industriales. Toma los comandos del controlador y genera la corriente necesaria para dirigir o girar el motor. Dicho de otra manera, el drive convierte las señales de voltaje analógicas con baja corriente emitidas por el controlador de movimientos en señales de alta corriente para mover el motor.


Drive
El drive convierte las señales de voltaje analógicas con baja corriente en señales de alta corriente para mover el motor.



Por ejemplo, los amplificadores servocontrolados para motores con o sin escobillas suelen recibir del controlador las señales con voltajes analógicos de + 10 VCC. Al ser amplificadas, las señales controlan la dirección y la magnitud de corriente en los bobinados del motor.

Los drives pueden ser de diversos tipos, según se ajusten a la tecnología del motor. En cualquier caso, deben proporcionar la corriente de pico, la corriente continua y el voltaje correctos para mover el motor.


Servomotor

Los motores convierten la energía eléctrica en energía mecánica y producen el torque requerido para el perfil del movimiento deseado. Seleccionar el motor adecuado requiere considerar diversas variables asociadas con las necesidades específicas de tu industria (entre ellas están el torque y la inercia del motor). Mientras tanto, podemos compartirte algunas generalidades que debes tener en cuenta acerca de los motores.


Conocer el cálculo de URANY para seleccionar componentes de un servosistema


Actualmente, los motores funcionan con base en diferentes tecnologías, las cuales te permiten implementar sistemas de control de movimiento más o menos complejos, tanto para sistemas de lazo abierto como para los de lazo cerrado.


Servomotor
Los motores convierten la energía eléctrica en energía mecánica.


Existen motores paso a paso, servomotores de corriente continua con escobillas y servomotores brushless:


  • Los primeros son los más ruidosos y tienen bajo torque a alta velocidad. Te sugerimos que no los utilices en ambientes de altas temperaturas ni para cargas variables; aunque la cualidad de estos motores es que son económicos y los puedes utilizar en sistemas de lazo abierto.
  • Los segundos tienen buen torque final, también son económicos, pero requieren mantenimiento. Sin embargo, las chispas en las escobillas los hacen algo riesgosos para ambientes explosivos. El funcionamiento de los servomotores con escobillas está basado en un campo magnético producido por un estátor de imán permanente; dentro de dicho campo giran las bobinas o los motores.
  • Los servomotores con tecnología brushless, por su parte, son un poco más costosos en comparación con los otros dos tipos y requieren drivers complicados; no obstante, sus ventajas y aplicaciones son numerosas. Los motores más comunes de este tipo tienen rotores de imán permanentes y espiras bobinadas en el estátor. Por ello, son silenciosos, no requieren mantenimiento, ni arrojan chispas; además ofrecen precisión aún en altas velocidades gracias a un elemento para retroalimentar la posición. Puedes utilizarlos en aplicaciones que impliquen gran torque o alta precisión (como los sistemas robóticos, por ejemplo).

URANY colabora de la mano de fabricantes de motores internacionalmente reconocidos por su calidad en cuanto a precisión y confiabilidad. Te invitamos a conocer el catálogo que tenemos disponible de LinMoT®.


También conviene mencionar los motores lineales como otra alternativa para lograr una fuerza de empuje que te permita mover cargas directamente. Los motores lineales eliminan la necesidad de mecanismos de conversión de movimientos intermedios. Básicamente, son motores rotativos que han sido desenrollados, pueden acelerar rápidamente y ubicar cargas con precisión a alta velocidad. Te invitamos a conocer más acerca de ellos en nuestro blog.

Dispositivo de retroalimentación o sensor de posición

No todas las aplicaciones de control de movimiento requieren este dispositivo. Solamente es necesario cuando el sistema es de tipo lazo cerrado, lo cual significa que exige una respuesta como retroalimentación acerca del movimiento esperado. Con base en lo que antes hemos explicado, un motor paso a paso, realmente, no requiere este dispositivo. En cambio, para los servomotores de corriente continua sí es vital, pues este sensor detecta la posición del motor y reporta el resultado al controlador. De esa manera, cierra el lazo con el controlador de movimiento.

Seleccionar el dispositivo de retroalimentación adecuado requiere evaluar la precisión del sensor, la repetibilidad, la resistencia física, los límites de temperatura, el tiempo de respuesta, el peso, así como los requerimientos de montaje. Para ello, existen diferentes sensores de retroalimentación que puedes tomar en cuenta: análogos (resolvers) o digitales (encoders absolutos o incrementales).


Encoder absoluto
Encoders absolutos.


Componentes Mecánicos

Los elementos mecánicos de un sistema de control son los que hacen posible que el movimiento pase de rotativo a lineal. Algunos de los componentes que permiten ejecutar estos cambios son los siguientes:


Tornillo maquinado: la carga es trasladada en la dirección axial del tornillo, según va girando el tornillo posicionador.


Tornillo
Tornillo maquinado.




Tornillo de bolas: los perdigones o rodamientos con recirculación reducen la fricción entre las piezas.


Los perdigones o rodamientos con recirculación reducen la fricción entre las piezas.
Los perdigones o rodamientos con recirculación reducen la fricción entre las piezas.


Transmisión de tornillo sin fin: brinda velocidad y un significativo esfuerzo de torsión.


Tornillo sin fin
Transmisión de tornillo sin fin.


Guías lineales: soportan la masa de la carga que será accionada y aseguran un deslizamiento suave.


Guías lineales
Las guías lineales aseguran un deslizamiento suave.


Todos estos actuadores mecánicos tienen niveles finitos de rigidez axial y de torsión, lo cual afecta la respuesta del sistema. Lo que más debes tener en cuenta acerca de los componentes mecánicos para tu sistema de control son los efectos posibles de holgura o juego que estos te permiten.


Somos expertos en control de movimiento y, por ello, disfrutamos tener espacios donde podamos comunicarte temas de interés para tu industria. Consideramos valioso mantenerte informado acerca de todos los pormenores de la automatización para ayudarte a tomar buenas decisiones al elegir los elementos que pueden eficientar tu producción.


Si estás bien informado, podrás apreciar con mayor detalle todos los beneficios y las cualidades innovadoras del inventario que tenemos disponible para ti.

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