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Aplicación: Solución integral para la automatización y el control de ensamblaje

Schneider Electric aporta junto con Integosa una solución integral para la automatización y el control de la máquina de ensamblaje en el sector del automóvil

Posibilidad de integrar completamente toda la máquina con un único interlocutor

-Integosa (Zaragoza): Fabricante de máquinas y utillajes especiales para el sector del automóvil.

-IMAE (Zaragoza): Integrador de sistemas especialista en automatización y control industrial.

-Soporte técnico Schneider Electric: Delegación Zaragoza.

Breve descripción de la aplicación

Integosa diseña para el sector del automóvil una máquina de producción de piezas acabadas y ensambladas automáticamente. Este proceso, debido a la precisión y complejidad requerida, se realizaba hasta el momento de forma totalmente manual. La automatización de la máquina de ensamblaje aumenta de una manera drástica su cadencia de producción y la calidad del producto acabado al tratar los parámetros más críticos de par y posición con servoaccionamientos Lexium y accionamientos integrados IclA.

A su vez, el aparato requiere de un sistema de seguridad fiable, puesto que es necesario operar dentro de la máquina con las manos y, en caso de error, detener el proceso inmediatamente.

Por otro lado, se requiere un controlador industrial con la potencia suficiente para poder ejecutar todas las órdenes necesarias que utiliza el sistema en cuanto a nivel de buses de comunicación y de velocidad de respuesta.

El producto, que va integrado en los motores de los automóviles, se compone de diferentes piezas: un cartucho metálico, unas láminas finas que van en su interior, unas bridas en los laterales y un depósito en uno de sus lados. El funcionamiento de la máquina consiste en ensamblar todas las piezas en dos fases distintas:

Zona 1: Ensamblado de láminas en el cartucho

Las láminas a ensamblar, que irán dentro del cartucho, son sometidas a un pretratamiento y se les coloca sobre la superficie una pasta. A continuación, se dejan reposar durante un tiempo en un horno. Después se transportan a la bandeja de entrada.

En primer lugar, se coloca sobre una matriz la base o cuna troquelada del cartucho. Una estación Pick & Place la transporta por un módulo lineal PAS42 comandado por un accionamiento integrado Icla. Al llegar a su fin, los detectores OsiSense detienen el eje. Entonces se apilan las láminas. Se reparten utilizando un perturbador, envolviéndose automáticamente con una bobina de material fundente para llegar a soldarse completamente en su interior. Un servoaccionamiento Lexium 05 hace descender todo el grupo de láminas para ir colocándolas secuencialmente una encima de la otra, mediante un control de posición con una precisión centesimal.

Una vez completo el cartucho de láminas, sólo falta sellarlo y prensarlo. Se coloca manualmente la tapa superior del cartucho y 4 soportes verticales en sus vértices. Se prensa con un Lexium 05 de 20KN, poniéndolo a prueba con una consigna de par.

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Zona 2: ensamblado de bridas y depósitos.

En este proceso se ubica la pieza anterior entre dos mordazas listas para acoplar las bridas. Con dos Lexium 05 de 15KN se controla que hayan encajado al máximo mediante un control de par. Después, se retira una mordaza, se instala un depósito lateral y se ensambla con el mismo Lexium 05, pero ahora con un control de posición. Es decir, un servoaccionamiento comparte la función de control de par y control de posición.

Solución Schneider Electric

La arquitectura es la que se muestra a continuación:

391_02Puntos Claves

1- Seguridad en la máquina. Barreras inmateriales y módulos Preventa

Al existir 3 zonas de alimentación manual, hay 3 zonas de seguridad:

Para la zona de alimentación bandeja de entrada de las bases del cartucho.

Para la alimentación de los perturbadores.

Para la alimentación de las piezas ensambladas.

De esta forma se blinda toda la máquina con barreras inmateriales de seguridad para garantizar que la instalación se detenga al detectarse la intrusión de un objeto en la zona de seguridad.

La gama Preventa abarca todas las soluciones que demanda el mercado para barreras inmateriales de seguridad: protección en categoría 2 y 4 para detección de dedos, manos y cuerpos.

Teniendo en cuenta los requerimientos del ciclo de trabajo de la máquina, la aplicación requiere de categoría 4, de acuerdo a la actual normativa EN-954-1. Es por ese motivo que es necesario colocar para cada dispositivo de seguridad su propio control. Existen 4 paradas de emergencia, que han de ser antifraude, con 2 NC de ruptura brusca y sus 4 módulos de seguridad Preventa categoría 4. A la salida de cada módulo, se conectan 2 contactores TeSys que cortan la potencia del sistema en caso de actuación.

Por otro lado, otra de las ventajas que facilitaron su elección fue que todas las barreras de seguridad Preventa incorporan el módulo de control integrado, lo que facilita su instalación y reduce los costes en cableado y tamaño del cuadro. Además, la máquina requería de dos zonas de seguridad perpendiculares, y, con la instalación de un espejo intermedio, fue posible ahorrar la colocación de una barrera más, optimizando los costes.

Asimismo, otro de los elementos decisorios a la hora de seleccionar el material Preventa radicó en la posibilidad de configurar las zonas de seguridad con la función Blanking, inhibiendo los haces de una zona de la barrera de forma fija por la dimensión de la máquina y las especificaciones del proceso. Más adelante, fue posible inhibir 1 o 2 haces, sin necesidad de ser consecutivos, mediante la función Floating Blanking.

2- Servoaccionamientos Lexium 05 y accionamientos integrados Icla

En esta aplicación, ha sido imprescindible el uso de servomotores para obtener un control de par de altas prestaciones. Esto se debe a que el par en un servomotor es directamente proporcional a la corriente consumida y, por lo tanto, es posible saber, instantáneamente, el par exacto aplicado a la carga sin necesidad de instalar un sensor externo.

La máquina tiene 4 servoaccionamientos Lexium 05 y 1 accionamiento integrado IclA:

-1 Lexium 05 para el desplazamiento vertical de las láminas

-1 Lexium 05 en la prensa de 20KN

-2 Lexium 05 en las mordazas (15KN+15KN).

-1 IclA en el eje lineal para el pick & place

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También son claves la precisión y la dinámica, características de los servoaccionamientos Lexium 05. La precisión se obtiene gracias a la tecnología de imanes permanentes y al encoder SinCos, y la dinámica gracias a las altas aceleraciones programadas y a la baja inercia del rotor de los servomotores BSH. Todo ello sin olvidar el ahorro energético que supone utilizar los servoaccionamientos Lexium 05, puesto que consiguen un factor de potencia cercano a la unidad.

Por otro lado, en la estación Pick & Place se ha utilizado un conjunto de guía lineal PAS42, de accionamiento integrado Icla y de detectores de límite OsiSense. Los accionamientos son una solución compacta, que incluyen un servodrive, un servomotor y un reductor en un solo equipo. También es una solución de bajo coste y totalmente distribuida, lo que supone un ahorro de cableado y mejora sustancialmente las perturbaciones electromagnéticas, debido a que no existen cables entre el servodrive y el servomotor.

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

Por último, como uno de los puntos clave era la seguridad en la máquina, ambos equipos disponen de una función de seguridad integrada, "Power Removal", que actúa sobre los optoacopladores que controlan la etapa de potencia del servodrive. De esta manera no es necesario instalar un contactor externo para desactivar la máquina en caso de emergencia. Son dos entradas digitales redundantes que se tienen que conectar simultáneamente para activar la etapa de potencia del servodrive. Cuando aparece una incidencia, estas entradas de "Power Removal" se desactivan por medio de la entrada de 2 contactos NC de un módulo Preventa. Esta función de protección cumple la norma de seguridad de máquinas EN-954-1, categoría 3.

3-Sistema de control integrado sg2

Un elemento decisorio para la obtención de la solución global de la máquina es el uso de la plataforma sg2, que facilita la integración del sistema.

sg2 proporciona un sistema de control integrado basado en Unity Pro, que incluye objetos prediseñados y herramientas para la creación de objetos personalizados, la generación automática de código y que permite reutilizar las funciones que han sido desarrolladas con anterioridad.

sg2 pone al alcance de los programadores una completa librería de bloques para la gestión de dispositivos de Schneider Electric, como variadores de velocidad ATV, arrancadores ATS, analizadores de energía PM, contactores y controladores TeSys U, TeSys T ,interruptores de Media Tensión Sepam, servoaccionamientos Lexium 05 y accionamientos integrados IclA.

En este caso, se ha utilizado la librería de dispositivos para el control y la supervisión de los servomotores Lexium 05 e IclA a través del bus de campo CANopen, convirtiéndolo en un sistema plug & play. Se utilizan los bloques de función específicos creados por Schneider Electric para comunicar los elementos sin necesidad de tener que programar la comunicación. Tan solo es necesario configurar los parámetros deseados reduciendo el tiempo empleado en la programación y en la puesta en marcha, ya que se trabaja sobre bloques testeados y validados por Schneider Electric.

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Ventajas Observadas

Las ventajas que proporciona la solución son múltiples, pero cabe resaltar una y es la posibilidad de integrar completamente toda la máquina con un único interlocutor, con todas las ventajas que eso conlleva en cuanto a garantía de funcionamiento y sinergía entre todos los elementos que la constituyen. José Gregorio Benito, responsable de ingeniería, comenta: "Son los caminos complejos los que nos permiten evolucionar. Doy gracias por ello a todos los que nos ayudan a caminar".

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Equipamiento Schneider Electric :

1 autómata M340

1 Magelis XBTGT 2220

4 Lexium 05 (2 con freno)

1 Accionamiento integrado IclA IFS

1 módulo lineal PAS42

3 Barreras Inmateriales Preventa.

4 módulos de seguridad Preventa.

2 Fuentes de alimentación Phaseo

8 inductivos Osiprox

Pulsatería y balizas Harmony

Aparamenta eléctrica Multi 9 de Merlin Guerin y GV2

Contactores TeSys

Seccionador Vario

Motores BSH

10 I/0 distribuidas Telefast