La automatización integrada reduce costes y acelera la finalización del proyecto

La demo ‘Packer’, que se presentó por primera vez en la Interpack 2011, demuestra una vez más que B&R sigue siendo pionera en cuanto al control de aplicaciones altamente dinámicas, en las que distintos ejes individuales, levas electrónicas y robots deben estar sincronizados con la máxima precisión. Diseñada y programada únicamente con el fin de mostrar la tecnología de B&R, esta demo integra los últimos desarrollos en manipulación, visión artificial, seguridad, control y supervisión.

Tres robot distintos – un brazo articulado, un trípode y uno de ejes cartesianos – con características cinemáticas totalmente diferentes se mueven de forma sincronizada alrededor de una tabla giratoria para empaquetar y desempaquetar pelotas de golf. El sistema completo, que consta de quince ejes, el control y la visualización, se opera mediante una sola CPU, en este caso un PC industrial. Las diferentes cinemáticas de los tres robots están perfectamente integradas en el control mediante un interfaz abierto. Dicho interfaz permite implementar cualquier tipo de cinemática específica del cliente. Debido a la flexibilidad del intérprete, tanto se pueden utilizar comandos estándar, como se pueden definir comandos específicos más relevantes para el proceso. Esto permite acortar drásticamente el tiempo necesario para crear la secuencia del programa de manipulación.

Imagen 1: Celda de plegado de Trumpf. Una sola CPU de B&R controla toda la celda de plegado, que consta de una plegadora eléctrica y dos robots.

Las distintas estaciones mecatrónicas utilizadas en la demo packer están conectadas mediante una única línea de comunicación por Powerlink, lo que permite añadir o quitar módulos opcionales en caliente. Cuando esto ocurre, la nueva configuración es detectada automáticamente, y el software necesario es habilitado o deshabilitado, según convenga. Los accionamientos que controlan los robots manipuladores son los mismos que algunos de los que se utilizan para el resto de motores del proceso, lo que permite utilizar un sistema compacto de módulos en el que los accionamientos de ambos tipos de ejes se montan uno al lado de otro, reduciendo los costes. Las consignas de posición para los ejes de los robots manipuladores se generan en el controlador central de la máquina utilizando el Generic Motion Control (GMC).

Imagen 2: La demo Packer integra los últimos desarrollos en manipulación, visión artificial, seguridad, control y supervisión.

Éste también permite que los datos de los robots y los del proceso sean compartidos en una misma base de datos de forma transparente y totalmente sincronizada. Gracias a la utilización de este sistema, se eliminan totalmente los cuellos de botella que solía haber en las comunicaciones mediante bus de campo entre el PLC y el controlador del robot en las soluciones tradicionales. El manejo de forma transparente de esta base de datos también permite añadir nuevas funcionalidades en la máquina que anteriormente eran imposibles de implementar debido a los retardos añadidos por la comunicación mediante el bus de campo. Esto permite optimizar los procesos de manipulación, aumentando así el ritmo de producción y la disponibilidad de la máquina. Tener que pagar por un controlador dedicado para el robot, un armario eléctrico separado y un interfaz de comunicación ha pasado a la historia.

Mediante la utilización de motores paso a paso, variadores de frecuencia y servo-accionamientos, dicha demo muestra que es posible combinar diferentes tecnologías de forma transparente. Esto permite utilizar la tecnología más adecuada en cada caso. Por ejemplo, se pueden utilizar motores síncronos –rotativos o lineales– cuando se requieren movimientos muy dinámicos con gran precisión, mientras que los motores paso a paso –con o sin realimentación– son la solución perfecta para cambios de formato. Los motores asíncronos controlados por tensión-frecuencia, que también están totalmente integrados en el entorno de programación, son una solución de bajo coste cuando la precisión o el comportamiento dinámico no son esenciales para la aplicación.

La dinámica y la sincronización que se consigue mediante Generic Motion Control no solamente incrementan la calidad del producto, sino también la capacidad de producción. Los cambios de formato se pueden hacer al vuelo. Todos los diferentes tipos de accionamiento corren sobre la misma base, y debido a ello se programan de la misma forma, con lo que el tiempo de programación se reduce. Esto hace posible retardar la decisión de qué tipo de accionamiento se va a utilizar hasta la hora de la puesta en marcha, con lo que el fabricante de la máquina dispone de total flexibilidad. La integración total que se consigue con Generic Motion Control permite una completa escalabilidad tanto en la tecnología como en el rendimiento.

Imagen 3: El tiempo de respuesta ultrarrápido de la combinación openSafety-Powerlink se demuestra mediante la activación inmediata de la función Safely Limited Speed cuando un operario interacciona con la máquina.

Los visitantes pueden interactuar directamente con la máquina a través de una pequeña apertura dotada de una barrera de luz. Cuando el operador se acerca, la barrera de luz informa a la máquina y ésta pasa a moverse con una velocidad segura inmediatamente. La comunicación directa y descentralizada mediante Powerlink, que conecta todos los componentes de seguridad con el controlador SafeLogic mediante el protocolo openSafety, asegura una respuesta inmediata de la máquina. Existen más de 20 funciones diferentes de ‘safe motion’ que pueden utilizarse para acortar el tiempo necesario para el desarrollo de una aplicación que maneje robots. Por ejemplo, en esta demo se usa la ‘Safely Limited Speed at the Tool Center Point’ (SLS@TCP). De esta forma, los datos de posición de los distintos ejes del robot son enviados al SafeLogic, que mediante el uso de la cinemática del robot calcula la velocidad del extremo con el que manipula las pelotas de golf. En lugar de limitar de forma segura la velocidad de cada uno de los ejes, la utilización de la máxima velocidad en el TCP incrementa sustancialmente la productividad durante la puesta en marcha. El tiempo de reacción seguro más rápido del mundo – debido a la combinación de openSafety y Powerlink –reduce la distancia de frenado hasta 100 veces respecto a los sistemas tradicionales, en caso de violación de una función de seguridad–. Estos tiempos de reacción más rápidos permiten construir máquinas con una menor separación entre el proceso y la cubierta, y por lo tanto de dimensiones más reducidas.

Si los visitantes introducen pelotas “falsas” a través de la apertura, su diferente color es detectado por el sistema de visión artificial, y son descartadas. La comunicación entre el sistema de visión artificial y la CPU también se hace mediante Powerlink. Los tiempos de ciclo rápidos, del orden de microsegundos, así como una fluctuación por debajo del μs permiten una comunicación determinista especialmente útil en el caso de máquinas de alto rendimiento. El sistema de visión anteriormente mencionado está totalmente integrado en AS, con lo que todas las variables compartidas entre el controlador y dicho sistema están disponibles desde el principio. Esto elimina el costoso tiempo de programación y parametrización.

La máquina también implementa la tecnología de PackML, que permite una operación idéntica de la máquina mediante modos de operación estándar y una comunicación uniforme con sistemas MES (Management execution system) o ERP (Enterprise resource planning), independientemente de la plataforma de control utilizada por los diferentes fabricantes de maquinaria.

Imagen 4: El System Diagnostics Manager utiliza un único interfaz para acceder a los datos de diagnóstico de toda la máquina desde cualquier rincón del planeta.

Los visitantes pueden acceder tanto al sistema de visualización de la máquina como al System Diagnostics Manager (SDM) de forma inalámbrica mediante un iPad. Gracias al SDM, el personal de mantenimiento puede realizar un diagnóstico local o remoto. Usando las páginas de diagnóstico implementadas en el firmware, se puede verificar de forma sencilla la función de todos los componentes de la máquina desde un único interfaz. Los robots, el proceso, la tecnología de seguridad y la aplicación de visualización pueden de esta forma diagnosticarse desde cualquier rincón del planeta. Las funciones que solían ser tan complicadas de implementar ahora ya están disponibles desde el primer momento en el SDM, simplificando el proceso de diagnóstico y reduciendo el tiempo necesario para terminar el proyecto.

Debido a la eliminación de las limitaciones que solía haber entre el sistema de visión y el controlador de la máquina, el controlador del robot y el del proceso y entre los controladores estándar y los de seguridad, las soluciones de automatización de B&R hacen posible implementar funciones que se consideraban imposibles. Un ejemplo de ello es la celda de plegado más rápida del mundo que el fabricante de máquina herramienta Trumpf presentó el año pasado en la feria EuroBLECH. En este caso, una CPU de B&R controla completamente la celda de plegado, que consiste de una máquina plegadora eléctrica y dos robots. Gracias a la facilidad a la hora de compartir información en el controlador, el robot puede hacer ajustes “al vuelo” conjuntamente con la esquina trasera de la plegadora. Los sorprendentes resultados se pueden medir: la mayor parte de los ajustes finalizan en menos de 300 ms. La innovación yace en que el controlador de la máquina lo controla todo, desde el control del robot hasta las complejas funciones de seguridad, como la velocidad limitada de forma segura en el TCP del robot. Con controladores de robot encapsulados como los que se usaban en el pasado era totalmente imposible realizar ajustes como estos.

Los fabricantes de maquinaria se ahorran una gran parte del tiempo de programación gracias a la perfecta integración de los componentes de automatización, con lo cual se reduce sustancialmente el tiempo necesario para completar los proyectos. Una ventaja considerable viene dada por la eliminación de las limitaciones del sistema, por lo que se pueden implementar nuevas funcionalidades en la máquina. Los ahorros económicos vienen dados por la escalabilidad de los componentes de automatización utilizados. Esto permite elegir exactamente la tecnología óptima para cada proceso en función de sus requisitos. Además, ya que el código de la máquina se puede desarrollar independientemente del hardware que se utilizará, es posible realizar máquinas modulares. De esta forma, se pueden implementar distintas configuraciones de máquina, que usan distinto hardware, pero comparten el mismo software, asegurando la inversión y acortando el tiempo necesario para desarrollarlas.