Control de movimiento y adquisición de datos de medición en perfecta sincronía

La versión modernizada del Impact Tester de Automated Design Corporation (ADC) demuestra las ventajas de las tecnologías de control y medición perfectamente integradas de Beckhoff. En las pruebas dinámicas de elementos de amortiguación para calzado deportivo, el sistema proporciona resultados de medición precisos utilizando componentes estándar del especialista en automatización. Los costes de hardware se han reducido en unos 4.000 dólares por máquina.

La versión rediseñada del Impact Tester de ADC demuestra lo bien que pueden trabajar juntas dos disciplinas tradicionalmente dispares como la tecnología de medición y la automatización industrial. “El sistema de pruebas de impacto, como la mayoría de los de su clase, es más industrial que las típicas cajas de laboratorio de escritorio, pero ahora ofrece adquisición de datos ampliada (DAQ)”, afirma Thomas Bitsky, Jr. vicepresidente y desarrollador jefe de ADC. Fundada en 1986 por los padres de Thomas Bitsky, la empresa, con sede en Romeoville (Illinois), suministra hoy sistemas de I+D a numerosos fabricantes de artículos deportivos de renombre.

ADC debía satisfacer varios requisitos a la hora de actualizar el Impact Tester. Se necesitaba un control de movimiento de precisión, comunicación por bus de campo en tiempo real y tiempos de ciclo rápidos, así como una HMI más intuitiva. Además, ADC quería que la solución superara los límites entre la tecnología tradicional de medición y la de control. Según Thomas Bitsky, el sector de la DAQ lleva demasiado tiempo aislado. Sin embargo, en el pasado, las elevadas frecuencias de muestreo necesarias para garantizar la calidad de medición requerida solo podían encontrarse en los componentes de determinados proveedores. Pero cuando se utiliza un controlador DAQ convencional que ejecuta el software LabVIEW, el manejo automatizado de las pruebas requiere un PLC independiente, explica Thomas Bitsky: “Estos escenarios aumentan los costes, los retrasos en la comunicación y la complejidad del cableado”. Además, las tecnologías de control de movimiento y DAQ deben sincronizarse a la perfección para obtener resultados precisos y reproducibles, lo que supone un reto cuando se utilizan soluciones independientes entre sí. Para minimizar las pérdidas en las interfaces, ADC decidió utilizar tecnología de medición integrada en el sistema en una plataforma de control flexible de Beckhoff.

EtherCAT ofrece muchas ventajas, pero las principales para ADC son la velocidad y el ancho de banda. Para la adquisición de datos analógicos durante las pruebas de impacto, se utilizan terminales de medición EtherCAT de la serie ELM con capacidad de sobremuestreo. ‘Sobremuestreo’ significa leer los datos varias veces por cada ciclo de control para mejorar la resolución temporal de una señal y aumentar su precisión. Con este alto nivel de rendimiento, ADC pudo utilizar terminales de medición comerciales (COTS) de Beckhoff para prescindir del costoso hardware especializado. Los terminales de medición de gama alta ELM3502 están totalmente integrados en el sistema de E/S estándar de Beckhoff y ofrecen medición de doble canal en una carcasa metálica reforzada. Con velocidades de muestreo de hasta 20 kmuestras/s, el terminal cubre los requisitos de medición más avanzados para ADC. Sin embargo, la serie ELM escalable también ofrece terminales que admiten frecuencias de muestreo de hasta 50 kmuestras/s.

“Antes usábamos otros terminales de medición de Beckhoff, en especial el terminal de entrada analógica EL3356, que funciona bien para aplicaciones industriales. Pero nuestros clientes de pruebas y mediciones necesitaban un muestreo en el rango de los kilohercios que antes solo ofrecían los proveedores de DAQ convencionales”, afirma Thomas Bitsky, y añade: “Los terminales ELM ofrecían las frecuencias de muestreo que necesitábamos, junto con una sincronización perfecta con el controlador a través de EtherCAT. Ahora, las máquinas pueden ejecutar una prueba muy rápidamente. En un solo escaneado, obtenemos todos los datos de movimiento y carga, y la precisión y repetibilidad de las mediciones parecen igual de buenas, o quizá mejores, que las que conseguíamos con el controlador tradicional de tipo chasis”.

Thomas Bitsky, Jr. (izquierda), vicepresidente y desarrollador jefe de ADC, trabaja en estrecha colaboración con Dave Zimbrich, ingeniero de aplicaciones, y Mike Rauch, ingeniero regional de ventas, ambos del equipo de Beckhoff en la zona de Chicago. Foto: Beckhoff.

TwinCAT 3 ha proporcionado un entorno de ingeniería para uso universal, lo que ha facilitado la implementación, según Thomas Bitsky, y también integra fácilmente LabVIEW y aplicaciones de software de otros fabricantes. Con TwinCAT, los ingenieros pueden programar en los lenguajes con los que estén más familiarizados o que mejor se adapten al proyecto, incluidos los lenguajes IEC 61131-3 disponibles y sus extensiones orientadas a objetos, bloques de función y estándares informáticos que se encuentran en Microsoft Visual Studio. “Aprovechamos TwinCAT para ahorrar tiempo de programación”, explica Bitsky.

En cuanto a los controles, ADC se basa en un PC embebido Beckhoff CX5130. El controlador de la máquina, montado en raíl DIN y sin ventilador, ahorra espacio en la máquina y ofrece una amplia capacidad de cálculo para la adquisición de datos y el control de movimiento en los sistemas de prueba. La escalabilidad de los PC embebidos de Beckhoff también permite a ADC aumentar los niveles de rendimiento cuando es necesario, afirman.

La tecnología de accionamiento compacta de Beckhoff complementa a la perfección las necesidades de los sistemas de ensayo, que normalmente tienen que encajar en los limitados entornos de laboratorio de los fabricantes de artículos deportivos. Los servoterminales EL7211 (que accionan los servomotores AM8100) y los terminales de motor paso a paso EL7041 ofrecen tecnología de accionamiento de alto rendimiento en un factor de forma plano de E/S, y se instalan en el armario de control junto con la interfaz de encóder EL5101.

“También podemos utilizar motores y accionamientos de otros fabricantes, y si están basados en EtherCAT, la integración es increíblemente sencilla. Utilizamos las bibliotecas de control de movimiento de TwinCAT para todos estos dispositivos”, afirma Thomas Bitsky. «La mayoría de nuestras aplicaciones requieren un movimiento simple de punto a punto. Aplicamos una carga específica al material, lo que requiere la sincronización entre la entrada de la célula de carga y el controlador de movimiento, y luego leemos la posición. Si se supera esa carga, la prueba no se ejecuta.

“Los controladores antiguos, de tipo chasis, no tienen la potencia necesaria para soportar esta funcionalidad”, añade. “En cambio, los relojes distribuidos de EtherCAT garantizan la sincronización de la carga frente a la posición. Gracias a las tecnologías integradas de Beckhoff, podemos hacer cosas que de otro modo serían imposibles”.

La máquina modernizada del Impact Tester cumple las normas ASTM F1976 y F1614 para probar la atenuación del impacto de la amortiguación en el calzado deportivo. El uso de componentes de automatización estándar, incluida la tecnología de medición de alta gama en formato de módulo de E/S, ha permitido ahorrar unos 4.000 dólares por máquina. La solución de Beckhoff también ha reducido el tiempo de cableado, montaje y programación. La asistencia 24/7 de Beckhoff ha demostrado ser fiable y eficaz cuando ADC necesitaba ayuda.

Dado que ADC ocupa un lugar único en pruebas y automatización, es importante que la empresa salvaguarde su propiedad intelectual. En este caso, TwinCAT ofrece un valor añadido adicional, según Dave Zimbrich, ingeniero de aplicaciones de Beckhoff: “La función de certificado OEM que ofrecemos permite a ADC cifrar y proteger con contraseña su código. Esto significa que, acabe donde acabe su máquina de pruebas, su código está a salvo”.