Mejora de la calidad de los raíles y las vías con la tecnología de control basada en PC

Cuando se trata de producir vías férreas de alta calidad, dos especialistas chinos confían en el rendimiento de la tecnología de control basada en PC de Beckhoff: Chengdu Aigre Technology Co. (Aigre Tech) la aplica con una máquina enderezadora de carriles para crear vías sin juntas, al igual que China Railway Chengdu Group Co., Ltd. con un sistema de elevación de grúas en tándem compuesto por cuatro grúas aéreas.

Fundada en 2003, Aigre Tech es una empresa de alta tecnología que forma parte del grupo industrial SWJTU, situado en el Parque Industrial Moderno de Chengdu. La empresa ha desarrollado más de 100 máquinas hasta la fecha, que se han utilizado en gran medida para producir vías sin juntas en el sector del transporte ferroviario, por ejemplo, para trenes de alta velocidad, trenes pesados, metros urbanos y sistemas de trenes ligeros. La clave para crear estas vías sin juntas está en la calidad de las soldaduras entre los carriles y la rectitud de estos, todo lo cual tiene un impacto directo en la seguridad, la comodidad y la vida útil de los carriles.

Debido a las dificultades causadas por la flexión lateral de los carriles durante el proceso de soldadura, entre otras cosas, no es posible garantizar la rectitud. Aquí es donde entra en juego la enderezadora de carriles RWCM-2500-A, recientemente desarrollada por Aigre Tech y equipada con tecnología de control basada en PC de Beckhoff. Está dirigida principalmente al mercado de exportación de alta gama y puede detectar defectos de flexión tanto horizontales como verticales en las juntas soldadas y enderezarlas automáticamente. Para ello, el carril se escanea inicialmente en horizontal y en vertical con un láser de líneas. Después de fijar el raíl en su sitio con una unidad de sujeción y posicionamiento, se corrige varias veces mediante cuatro cilindros hidráulicos de enderezamiento hasta que cumple los requisitos de calidad. Para ello se utiliza un sistema experto basado en la tecnología de lógica difusa (lógica multivaluada).

Después de extensas evaluaciones, Aigre Tech optó por la plataforma de control integrada de Beckhoff como solución completa. Esto se debió a su alto nivel de fiabilidad, la clara arquitectura del sistema, el sencillo mantenimiento remoto y el uso de estándares de programación establecidos de acuerdo con la norma IEC 61131-3. La enderezadora utiliza el potente Panel PC integrado CP22xx multitáctil (procesador Intel® Celeron® de doble núcleo a 2,2 GHz) para implementar todas las funciones de control. Para el control de los ejes se utilizan servoaccionamientos de la serie AX5000.

Un sistema de E/S EtherCAT en una arquitectura de red en anillo proporciona una comunicación de datos rápida y fiable. La elevada potencia de cálculo del CP22xx permite desarrollar la interfaz de usuario directamente en el controlador utilizando C#. Los datos se sincronizan con el programa de control y se actualizan mediante ADS en intervalos de milisegundos.

El sistema requiere datos de alta calidad para controlar correctamente el proceso de enderezamiento. Tanto la base de datos como el conjunto de reglas se basan en la experiencia práctica de Aigre Tech con las conexiones de carriles soldados. El sistema de control convencional utilizado anteriormente tenía una capacidad de procesamiento y almacenamiento de datos relativamente pobre. Con el software TwinCAT Scope View, Aigre Tech considera que la plataforma de control Beckhoff, por el contrario, ofrece una solución potente y eficaz que simplifica el registro de las posiciones de los carriles, la curvatura, la fuerza aplicada, etc., y permite desarrollar la base de datos básica necesaria de forma cómoda.

La potente plataforma de hardware y software de Beckhoff, según Aigre Tech, aumenta no sólo la disponibilidad de la máquina, sino también el rendimiento del sistema. La primera máquina equipada con control basado en PC en noviembre de 2019 superó con éxito la prueba exhaustiva para enderezar carriles de 60 kg/m, UIC 60 y UIC 52, así como la aprobación final del cliente final: el Ministerio de Ferrocarriles de la India.

Según la empresa China Railway Chengdu Group Co., Ltd., los principales retos en el control de las aplicaciones de elevación de grúas tándem son la mejora de la eficacia en la manipulación de vías férreas largas, la prevención de la deformación de los carriles durante el proceso de elevación y la sincronización precisa al elevar o bajar los carriles. Con el control basado en PC de Beckhoff, la empresa consiguió cumplir estos requisitos en un sistema de elevación utilizado en el suroeste de China para manipular raíles de una sola pieza, que suelen tener 100 m de longitud. China Railway eligió su plataforma de control basándose en los siguientes requisitos:

• Una potente CPU como controlador principal para coordinar las funciones de cada subgrúa
• Un excelente algoritmo de control de posición para controlar la velocidad de conducción y la posición de la grúa aérea con precisión y en tiempo real
• Un sistema de comunicación de alta velocidad que garantice la ejecución puntual de las distintas instrucciones de la grúa, así como el bloqueo y la coordinación de los ganchos primario y secundario
• Una conexión remota inalámbrica eficaz y fiable.

En concreto, se utilizan ordenadores integrados CX5120 (procesador Intel Atom de 1,46 GHz) como controlador principal de cada puente grúa, así como el software TwinCAT para las funciones lógicas y NC PTP para el posicionamiento preciso y la sincronización de los puentes grúa. El CX5120 registra la señal de posición externa y los datos del sensor de distancia láser utilizados para mover la grúa y el gancho y para subir/bajar el gancho a través del terminal de interfaz del codificador SSI EL5001. Las funciones como el control de posición y la evitación de colisiones se implementaron mediante bloques de funciones estándar de TwinCAT NC. El tiempo de ciclo de control de 1 ms implementado aquí dio como resultado una velocidad de respuesta del sistema significativamente mayor, según China Railway.

Las señales de los sensores distribuidas por toda la estructura de la grúa aérea (por ejemplo, interruptor de posición, interruptor de límite, señal de carga) se controlan mediante subestaciones descentralizadas, con el acoplador EtherCAT EK1100 y los terminales EtherCAT EL1809, EL2809 y EL3154, entre otros. Estas subestaciones y los módulos individuales están conectados a través de EtherCAT, lo que, según un portavoz de China Railway, garantiza la transmisión rápida y fiable de todas las señales: “Las propiedades en tiempo real de EtherCAT superan con creces las de los sistemas de bus tradicionales”. Según los operadores de grúas, la sensibilidad de control de las grúas aéreas también ha mejorado considerablemente".

Como la distancia entre varios puentes grúa puede ser de hasta 25 m, las observaciones visuales de los operadores son de especial importancia. Por ello, además de las estrictas precauciones de seguridad que garantizan el funcionamiento normal del sistema, hay que registrar y controlar numerosos datos, como la velocidad de desplazamiento, la distancia entre las grúas aéreas, sus posiciones y la altura de elevación de los carriles. Por lo tanto, es importante contar con una HMI fácil de usar que -según un portavoz de China Railway- pueda recibir los datos de forma eficaz y flexible a través de ADS y, por lo tanto, sea muy fácil de implementar con una amplia gama de paquetes de software de desarrollo. Además, TwinCAT Scope View permite a los usuarios registrar, supervisar, gestionar y analizar los estados de funcionamiento, el grado de eficiencia o los posibles fallos y sus causas de forma sencilla y fiable. China Railway lo resume de la siguiente manera: “Hemos sido capaces de mejorar significativamente la eficiencia del sistema de elevación con el control basado en PC de Beckhoff. El sistema de control ha superado nuestras expectativas y es muy apreciado por nuestros ingenieros”.