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Aplicación: Sistema de control de ejes en las máquinas de Martín Lloveras S.A

Schneider Electric implanta su sistema de control de ejes en las máquinas de Martín Lloveras S.A., empresa puntera del sector de la alimentación

La solución mejora la puesta en marcha en un 15% del tiempo y reduce el coste en un 10%.

Equipamiento Schneider Electric:

- 1 Controlador Lexium Motion Controller LMC20
- 1 Base Telefast I/0
- 1 Pantalla táctil Magelis de 10,4''
- 2 Servodrives Lexium05 con servomotores BSH
- 2 Servodrives Lexium15 con servomotores lineales.
- 2 Accionamientos integrados Lexium Integrated Drives (LID)
- 3 Variadores Altivar 31
- 3 I/O distribuidas OTB
- 1 Fuente alimentación Phaseo
- Contactores TeSys
- Aparamenta de protección Schneider Electric

Introducción

Martín Lloveras S.A. es una empresa familiar fundada en 1899. En los años 40, centra su actividad en el suministro de equipos para la industria del chocolate y sus derivados.

La familia de máquinas SIMA-N, sobre la que se centra la solución que se presenta a continuación, constituye líneas de dosificado al vuelo de chocolate, crema, frutos secos y su moldeado. Esta línea ofrece la gran versatilidad de su cabezal dosificador multifunción, que permite suministrar en los tres sistemas básicos, para la fabricación de productos sólidos y rellenos de diversos pesos y formas con diversas tecnologías de depositado.

La parte más conflictiva del proyecto, desde el punto de vista de la automatización, es el módulo de dosificado. Éste contempla el uso de 3 elementos principales que tienen diseños mecánicos diferentes y deben estar perfectamente sincronizados con precisión para su correcta dosificación. Los 3 elementos son:

- Transporte de moldes

- Tolva móvil

- Dosificadores

El transporte de moldes es el sistema que permite desplazar a éstos a lo largo de las distintas estaciones de la máquina, incluyendo la fase de depositado donde se dosificará el producto. Está controlada por un Lexium05 y un servomotor BSH. Su tracción está diseñada con eslabones de cadena y su velocidad marca la cadencia de la máquina. El carro o tolva es donde se almacena el material a dosificar, que puede ser chocolate, crema o los dos, y debe mantenerse en sincronismo con el molde que circula por la línea mientras dura el dosificado. Su movimiento, controlado por otro Lexium05, corresponde a un mecanismo biela-manivela y debe ir perfectamente sincronizado con la línea.

Los dosificadores, instalados en el carro, son los encargados de expulsar el producto empleado. En concreto, son 2 cilindros los que, con su movimiento lineal y gracias a 2 Lexium15, consiguen expulsar la cantidad deseada en el tiempo deseado con la suficiente precisión para dar forma a sus productos. La combinación y el ajuste del comportamiento de estos cilindros determina cómo se realizan recetas y se fabrican los diferentes productos que comercializan. El proceso de dosificación únicamente debe tener lugar mientras exista el sincronismo entre el carro y la línea.

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Requerimientos del proyecto

La línea de dosificado SIMA-N400 de Martín Lloveras requiere de 3 modos de trabajo según el producto final deseado:

- Modo básico (o puntos)
- Modo avanzado (o One Shot)
- Modo lengua

En el modo básico, el carro y la línea están sincronizados y los dos dosificadores expulsan el producto a la vez. Tan solo es necesario ajustar bien la cantidad y el momento, es decir, adaptar mediante software las rampas y la velocidad máxima para dosificar el suministro deseado.

El modo avanzado es similar al básico, pero cada dosificador suministra un producto diferente (crema, chocolate u otros). Además, cada pistón es disparado de forma independiente con tiempos diferentes con la finalidad de hacer formas distintas en el producto acabado.

En el modo lengua, diseñado generalmente para dosificar productos con inclusiones sólidas de gran tamaño (por ejemplo, frutos secos), el carro no avanza en sincronismo con el molde de la línea. En esta situación, el dispositivo puede estar parado o regresando para ganar cadencia.

La solución debe conseguir el sincronismo de ejes de las tres mecánicas comentadas anteriormente y maximizar la productividad y la calidad de acabado del producto, evitando la aparición de errores de sincronismo debidos al desgaste o desajustes. Por eso, Carles Gaminans, Technical Manager de Martin Lloveras S.A., comenta:

"...nos hemos decantado por la solución de Schneider Electric por su capacidad en proporcionar una solución integral, centralizando todas las funciones de control en un único sistema y proveedor. Con ello, hemos reducido tiempos y costes de implementación y mejorado nuestra seguridad y efectividad en el servicio post-venta...".

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Solución Schneider Electric

Como el sistema requiere de control de ejes, perfiles de levas o tablas CAM, se opta por un controlador Lexium Motion Controller. Éste funciona de manera autónoma y no depende de ningún otro controlador, llevando a cabo tanto labores de control de ejes como de maniobra. La arquitectura de control y los 9 motores de los que dispone la línea es la que se representa a continuación:

Detalles más destacables

Sistema de comunicaciones

La Lexium Motion Controller utiliza 3 sistemas diferentes en función de su adaptabilidad a la aplicación:

- CANopen para la maniobra con los módulos de entradas salidas distribuidos OTBs, el control de los variadores de velocidad ATV31 y los LID (Lexium Integrated Drives) ILS de la válvula dosificadora.

- Motion Bus, como bus síncrono, permite controlar en posición aquellos ejes que lo requieran (dosificadores) y sincronizar el movimiento de dos o más ejes (carro, línea).

- Ethernet Modbus TCP/IP para comunicar con la pantalla táctil Magelis y para comunicar con el sistema desde un PC. Por otro lado, también se utiliza para realizar un mantenimiento remoto mediante un modem.

Selección del Hardware

También han sido claves la precisión y la dinámica características de los servoaccionamientos Lexium 05. La precisión se consigue gracias a la tecnología de imanes permanentes y la dinámica, gracias a las altas aceleraciones programadas y a la baja inercia del rotor de los servomotores BSH. Tampoco cabe olvidar el ahorro energético que supone utilizar los servoaccionamientos Lexium, ya que consiguen un factor de potencia cercano a la unidad.

En ambos casos, tanto los servomotores BSH como los LID están preparados para ambientes industriales agresivos, donde pueda ser necesario un grado de protección de hasta IP65 en el caso de Lexium 05 e IP54 en el caso del LID.

Funcionalmente, los LID han permitido substituir el accionamiento neumático de las válvulas de dosificado por un movimiento servo con su consecuente mejora. Los motivos son dos: fiabilidad, ya que evita el enclavamiento de las electroválvulas, y precisión, puesto que convierte el movimiento en proporcional, haciendo posible su control en todo su rango 0-100%.

Estructura del programa CODESYS.

Se usa un entorno de programación basado en Codesys, estándar IEC61131-3, que es la herramienta de desarrollo más extendida en Europa debido a su interoperabilidad y estandarización.

El desarrollo de la aplicación se realiza en base a una librería de funciones creadas específicamente para este tipo de aplicaciones. Los bloques de funciones que la integran están diseñados para aumentar la transparencia y la reutilización del código de cálculo, que permite que el desarrollo del control de ejes sea más rápido y fácil de implementar. Véase un ejemplo en el apartado siguiente.

DFB del movimiento biela-manivela

Una de las funcionalidades más destacables es la utilización del bloque de función biela-manivela. Éste permite una sencilla implementación, modificación y seguimiento de este movimiento. Con este bloque, el usuario o programador puede dedicar tiempo a su proceso y no a la ingeniería de detalle del movimiento

En concreto, se trata de un bloque de función que, tras parametrizar la mecánica del movimiento, los límites y el comportamiento, proporciona las tablas CAM adecuadas para implementar el movimiento biela-manivela del carro en función del desplazamiento de la línea.

Es un claro ejemplo del ahorro en tiempo de desarrollo y puesta en marcha, ya que el uso de estos bloques ofrece al programador una serie de recursos ya elaborados que lo liberan. Esto le permite desarrollar la maniobra de la máquina.

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Beneficios para el cliente

Los beneficios de la solución serían los siguientes:

- Con la solución ofrecida de control de ejes de Schneider Electric se consigue reducir el coste en la automatización en un 10% respecto a la solución anterior.

- El tiempo de puesta en marcha se reduce en un 15%.

- Se mejora la fiabilidad e integración del sistema, al utilizar un único controlador para la maniobra y el control de ejes.

- El uso de CodeSys ofrece hasta 6 tipos de lenguaje de desarrollo que permiten adaptarse a todos los niveles de usuario (desde el básico hasta el avanzado).

- Se evita la dependencia con el proveedor del sistema al incorporar dispositivos, software y comunicaciones estándares.

- El uso de bloques de funciones estándares ahorra costes y tiempo en futuras modificaciones o ampliaciones de máquina.

- Uso de componentes y bloques de función validados previamente por Schneider Electric.

- Al hacer un uso intensivo de los buses de comunicaciones y de I/O distribuidas, es posible un ahorro económico importante en cableado, montaje y su posterior mantenimiento.

- Se dispone de la garantía de un único fabricante para la automatización y el control de la solución.