Construcción de un sistema de control de movimiento conectado desde el controlador hasta el terminal

Los sensores son los ojos y los oídos de una planta automatizada, pero los sistemas de movimiento y control son su corazón y su mente. En la planta de producción actual, lo que llama la atención es el movimiento sin que nadie accione ninguna palanca; palés que recorren todo el almacén, piezas que se giran y se colocan en cada estación, y fluidos que circulan por largos tramos de tuberías. Pero detrás de lo que se ve, hay una cadena inteligente de hardware que decide, ordena, cambia y controla cada movimiento. Los controladores se están mudando fuera del armario central y acercándose más al proceso, los variadores obtienen más trabajo de cada kilovatio e incluso los contactores y arrancadores de motor ahora informan sobre su propio estado. Ya sea al diseñar maquinaria, ensamblar paneles de control o gestionar líneas de producción, ahora existe equipamiento más inteligente, más eficiente, más seguro y más rápido de instalar y mantener.

Un controlador Edge para la integración de OT y TI

Cada secuencia de movimiento comienza con una decisión. Siemens sitúa esa potencia directamente en el nivel de máquina con sus controladores distribuidos SIMATIC, que eliminan la necesidad de voluminosos gabinetes centralizados. Estas unidades combinan el rendimiento y la coherencia técnica de la familia SIMATIC S7-1500 con el diseño compacto y modular de los sistemas de E/S distribuidas ET 200, lo que permite que el control resida directamente dentro de la propia estación de E/S. Este diseño descentralizado reduce el espacio en el gabinete y el cableado, y mejora la disponibilidad del sistema.

La ingeniería se lleva a cabo en el portal TIA, lo que permite que los controladores distribuidos compartan los mismos lenguajes de programación, conceptos de diagnóstico y funciones del sistema que un controladores lógicos programables (PLC) central S7-1500. Esta coherencia permite al diseñador estandarizar una única arquitectura de controlador en toda una cartera de máquinas. Para ofrecer flexibilidad de hardware, las versiones compactas para montaje en gabinete se utilizan con el ET 200SP, mientras que los controladores robustos con clasificación IP65/67 para el ET 200pro se montan directamente en la maquinaria, lo que permite instalaciones sin gabinete. La plataforma escala desde el control básico de máquinas hasta diseños con seguridad integrada y centrados en el movimiento mediante variantes estándar, de seguridad intrínseca (PROFIsafe) y tecnológicas. Estas variantes tecnológicas sitúan la inteligencia de control justo al lado de los accionamientos y actuadores que coordinan.

Conectando la planta y la empresa

Muchas tareas de control modernas ahora van mucho más allá de la máquina. Cuando los datos de producción deben alimentar plataformas de análisis, sistemas empresariales o la nube, Phoenix Contact ofrece el AXC F 1252 PLCnext Control que conecta sistemas de OT/TI desde un único controlador (figura 1). Funciona con un sistema operativo Linux en tiempo real para ejecutar de forma determinista procesos de importancia crítica en el tiempo, al tiempo que le permite combinar la programación clásica de controladores lógicos programables (PLC) IEC 61131-3 con lenguajes de alto nivel, como C++, C# y Python. Esta arquitectura abierta permite que los ingenieros de control y los desarrolladores de software colaboren en la misma aplicación, cada uno trabajando en su lenguaje preferido.

Figura 1: El PLCnext Control AXC F 1252 de Phoenix Contact conecta sistemas OT/TI desde un único controlador. (Fuente de la imagen: Phoenix Contact)

Bajo la carcasa, un procesador Arm Cortex-A55 de doble núcleo que funciona a 1,7 GHz ofrece margen de sobrecarga para la computación Edge. El controlador se conecta a las redes existentes de la planta mediante protocolos industriales como PROFINET, Modbus TCP/RTU y EtherNet/IP, al tiempo que llega a los sistemas de TI mediante OPC UA, HTTPS, SQL y conexiones directas a Proficloud y otras plataformas en la nube. El proceso de desarrollo está certificado de acuerdo con la norma IEC 62443-4-1 y Phoenix Contact está preparando el producto para el cumplimiento de la Ley de Ciberresiliencia de la UE (CRA).

Variadores de frecuencia para bombas, ventiladores y HVAC

Cuando un controlador emite un comando, un accionamiento lo convierte en una rotación controlada. La eficiencia del accionamiento es crucial en aplicaciones de infraestructura continuas, las 24 horas del día. Diseñado específicamente para bombas, ventiladores y compresores, el SINAMICS G120X de Siemens (Figura 2) ofrece potencias de salida de hasta 700 hp (630 kW). Es adecuado para su uso en motores de inducción, síncronos de imanes permanentes y de reluctancia síncrona.

Figura 2: El Siemens SINAMICS G120X ofrece potencias de salida de hasta 700 hp (630 kW). (Fuente de la imagen: Siemens)

Con una eficiencia operativa de hasta el 98 % y un factor de potencia fundamental de 0,96 a 0,99, el G120X puede reducir considerablemente el costo total de propiedad (TCO) en instalaciones de agua, aguas residuales y HVAC. La seguridad y la robustez están integradas directamente en el hardware con un Safe Torque Off (STO) con clasificación SIL3 y capacidades nominales de corriente de cortocircuito de hasta 100 kA. Se integra directamente en redes industriales y de edificios mediante múltiples protocolos, incluidos PROFINET, EtherNet/IP, Modbus, BACnet y PROFIBUS.

Para el técnico de campo, el variador ofrece funciones de aplicación integradas diseñadas para proteger y optimizar los sistemas de bombas y ventiladores. La función de desatasco despeja las bombas obstruidas, la cubierta de seguridad contra funcionamiento en seco y cavitación protege el equipo, y el control multibomba coordina las bombas que comparten un sistema. El modo contra incendios admite el funcionamiento de emergencia, mientras que los modos de reposo y bypass, junto con las calculadoras de energía integradas, ayudan a gestionar el consumo. La supervisión digital del estado con SINAMICS CONNECT 300 y Analyze MyDrives amplía esa inteligencia al mantenimiento predictivo, de modo que pueda detectar problemas en desarrollo antes de que interrumpan el servicio.

Los edificios comerciales necesitan una inteligencia de máquina similar, pero adaptada a un espacio diferente. Por ejemplo, el variador ATH230 de la gama Altivar HVAC ATH200 de Schneider Eléctrico fue diseñado para sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado. Schneider diseñó sus características operativas para optimizar las disposiciones mecánica, eléctrica, térmica y de automatización de los paneles de control. El variador proporciona flexibilidad de motor y es compatible con motores asíncronos de las clases de eficiencia IE2, IE3 e IE4, así como con motores sincrónicos magnéticos permanentes. Para agilizar la implementación, el variador incorpora protección integrada del motor y comunicación serie Modbus y BACnet MS/TP empotradas, con BACnet/IP disponible mediante un módulo opcional. Estas características ayudan a simplificar la puesta en marcha y las operaciones diarias para los contratistas de HVAC y los equipos de mantenimiento de edificios.

Arrancadores de motor que informan datos operativos

El equipo de conmutación se sitúa entre el sistema de transmisión y el sistema de distribución eléctrica. El sistema modular SIRIUS de Siemens proporciona los componentes necesarios para conmutar, proteger, control, y monitorear motores en tamaños de bastidor de S00 a S12, con soporte para carga desde fracciones de HP hasta 400 HP a 460 V. Esta cartera está respaldada por más de 50.000 pruebas combinadas y aprobaciones para su implementación global. Para el montaje de paneles, los arrancadores de motor preensamblados de hasta 20 HP a 460 V reducen los tiempos de construcción, mientras que el sistema de alimentación 3RV29 de SIRIUS, que se instala casi sin herramientas, distribuye potencia de hasta 63 A y elimina el cableado de alimentación.

El principal avance tecnológico de esta gama es el módulo de enlace inteligente SIRIUS 3RC7, que integra el equipo de conmutación estándar directamente en la arquitectura de automatización. Con interfaz con el SIMATIC ET 200SP, conecta alimentadores de carga S00 y S0 de hasta 32 A al controlador de nivel superior, con hasta 16 módulos por interfaz ET 200SP y sin necesidad de configurar direcciones ni usar un PC cuando se sustituye un dispositivo. El módulo 3RC7 registra variables eléctricas como voltaje, corriente, asimetría de fase y el número de disparos por sobrecarga, y las comunica al controlador. Estos datos permiten detectar errores con mayor rapidez y permiten a un equipo de mantenimiento programar el trabajo en función del estado real del equipo.

Terminaciones sin herramientas para una fabricación más rápida de paneles

La inteligencia avanzada de máquina ofrece poco valor práctico si un panel de control tarda demasiado en ensamblarse. Schneider Electric aborda este cuello de botella con su gama TeSys Deca SNAP IN (Figura 3) de contactores, relés de control, arrancadores manuales de motor, contactos auxiliares y dispositivos de cableado. Al integrar la tecnología de conexión SNAP IN desarrollada por Weidmüller, el sistema permite conectar de forma segura conductores flexibles y de hilos finos pelados sin herramientas ni casquillos. Según ambas empresas, este enfoque sin herramientas puede reducir los tiempos de instalación del control de motores hasta en un 75 % para OEM y fabricantes de paneles en Norteamérica.

Figura 3: El nuevo contactor TeSys Deca de Schneider Electric, con tecnología de conexión SNAP IN de Weidmüller, permite un cableado sin herramientas ni casquillos que puede reducir el tiempo de instalación del control de motores hasta en un 75 %. (Fuente de la imagen: Schneider Electric)

Cada terminal se entrega con un muelle precargado que se libera cuando el conductor insertado alcanza el punto de contacto, proporcionando una confirmación acústica, háptica y visual inmediata mediante un 'clic' distinto una vez que el cable está correctamente colocado. Esta retroalimentación clara elimina la incertidumbre para los técnicos con menos experiencia y, dado que la fuerza del resorte realiza la sujeción, no es necesario ajustar ningún par de torsión de tornillo. Una vez bloqueados, los terminales de resorte sin mantenimiento permanecen seguros incluso bajo fuertes golpes y vibraciones, lo que evita la necesidad de reajustar los tornillos de forma rutinaria durante la vida útil del equipo. Además, dado que los terminales precargados requieren solo una fuerza de inserción mínima para bloquearse, el diseño favorece de forma natural el ensamblaje automatizado de armarios de control a medida que los fabricantes de paneles avanzan hacia el cableado asistido por robots y cobots.

Planificar la próxima actualización del control de movimiento

La toma de decisiones se está extendiendo por todo el espacio de la máquina, al tiempo que permanece conectada de forma segura a la red empresarial. Los variadores extraen más trabajo útil de cada kilovatio-hora, mientras que los contactores básicos y los disyuntores de circuito, una vez equipados con un módulo de enlace inteligente, ahora informan sobre su estado operativo. Si un ingeniero diseña, construye o mantiene equipos automatizados, los resultados prácticos son tiempos de construcción más cortos, menos tiempo de inactividad y arquitecturas que se adaptan cuando cambian los requisitos de producción.

DigiKey tiene en stock toda la cartera de controladores, variadores y componentes de equipos de conmutación inteligente tratados en este artículo.