‘Condition Monitoring’ para una mayor disponibilidad de la máquina

Desde los módulos de osciloscopio hasta los servoaccionamientos equipados con sensores, pasando por el chip de monitorización dentro de cada Automation PC y por los módulos de análisis de vibraciones con inteligencia integrada, B&R ofrece todas las posibilidades para poder tomar el pulso de la máquina, sin necesidad de dispositivos externos.

‘Condition Monitoring’ es ya una parte integral de todos los sistemas de B&R y, en consecuencia, de todas las máquinas automatizadas con tecnología B&R. El mantenimiento predictivo basado en una constante monitorización de condiciones ayuda a evitar tiempos de inactividad no planificados y reduce el coste de almacenamiento de piezas de repuesto. Utilizando las mediciones sobre el estado de la máquina como entrada para lazos de control abiertos y cerrados, es posible aumentar significativamente su vida útil y contribuir a una reducción sustancial de costes.

Los esfuerzos de desarrollo de los ingenieros mecánicos están dando buenos resultados a medida que aumenta la densidad funcional y de potencia de las máquinas de producción. Esto significa que se requiere un menor número de máquinas para producir la misma cantidad y complejidad de productos, lo cual reduce los costes de producción y aporta competitividad a fabricantes de maquinaria.

Sin embargo, este aumento de la eficiencia también hace que los productores dependan más de las propias máquinas. La capacidad de producir más unidades por hora significa que cada hora de inactividad es más costosa. Y cualquiera que haya utilizado una máquina sabe que el tiempo de inactividad nunca puede evitarse por completo.

Las estrategias de mantenimiento tradicionales tienen una cosa en común: para ganar un pequeño porcentaje de disponibilidad de la máquina, se paga un precio muy alto. Esto sucede en relación con un mantenimiento reactivo, orientado a daños, donde los componentes del sistema se llevan al límite y sólo se reemplazan cuando fallan. La única forma de garantizar la disponibilidad de la máquina en este escenario es manteniendo un stock de piezas de repuesto y disponiendo de inmediato de personal cualificado y de los equipos necesarios. La estrategia tradicional más difundida, sin embargo, es la del mantenimiento preventivo a intervalos fijos basados en la experiencia. Aunque este enfoque tiene la clara ventaja de poder planear mejor el tiempo de inactividad, sin duda no es la mejor solución y conlleva un riesgo financiero considerable. Por un lado, es necesario adquirir y sustituir las piezas aunque las originales están lejos del final de su vida útil. Por el otro, no se dispone de una protección fiable contra tiempos de inactividad no planificados, por ejemplo, cuando la tensión asimétrica hace que ciertas partes fallen antes del intervalo de mantenimiento.

Minimizar el tiempo de inactividad tanto como sea posible y elaborar un plan estratégico de mantenimiento de obligado cumplimiento: éstos son los objetivos de cualquier responsable, que no sólo se base en el precio de adquisición al evaluar nuevas máquinas, sino también en los costes globales durante toda su vida útil. La única forma de repercutir significativamente en el coste total de propiedad es maximizando el tiempo de funcionamiento de la máquina y, al mismo tiempo, reduciendo al mínimo los costes de mantenimiento. Ésta es razón más que suficiente para replantear las estrategias de mantenimiento en general.

La mejor forma de optimizar la relación entre disponibilidad de la máquina y costes de mantenimiento es reemplazando los intervalos de mantenimiento fijos por un mantenimiento predictivo dependiente de las condiciones. Esto implica programar el mantenimiento cuando los cambios en los parámetros supervisados indican fallo inminente. La ventaja, en este caso, es que los componentes pueden seguir funcionando hasta mucho más cerca del final real de su vida útil, que suele ser mucho más tarde de lo estimado en los intervalos de mantenimiento tradicionales. Además, no repercute en la planificación ya que el mantenimiento requerido se puede realizar durante los descansos de producción programados regularmente. El riesgo de mantener un stock innecesario de piezas de repuesto también se minimiza, ya que sólo deben sustituirse los componentes afectados. También representa una forma fiable de evitar fallos que puedan resultar de un descuido de mantenimiento.

Para que todo esto sea posible, es necesario supervisar de forma continua los parámetros de estado de todo el equipo, y estos datos deben evaluarse correctamente para determinar qué piezas requieren mantenimiento. “Esto puede basarse en simples señales y valores de medición tales como la temperatura o la presión que se recopilan usando los módulos de E/S X20 ó X67", explica Bernhard Eder, director comercial de B&R. "Además, B&R también ofrece módulos específicos, como módulos de control de válvulas con detección de tiempo de conmutación integrado o funciones de osciloscopio”.

En definitiva, los sistemas de automatización de B&R integran de forma nativa un sinfín de opciones para supervisar las señales de estado. Esto incluye los servoaccionamientos Acopos con función de monitorización del motor integrada, así como los Automation PC de B&R, equipados con un circuito integrado para diagnóstico automático. La última incorporación a esta selección es un nuevo módulo en la serie X20 para análisis de vibraciones.

“La tecnología de sensor utilizada para obtener las señales, sin duda, es importante, pero los sensores solos no son suficientes”, explica Werner Paulin. Paulin dispone de una larga experiencia en aplicación internacional desde que se unió a la compañía en 1997 y actualmente es el director de Ventas Internacionales de B&R para China. “La clave para programar los intervalos de mantenimiento para sustituir los componentes a tiempo, y no demasiado temprano, es interpretar correctamente las señales registradas. Ésa es la única forma de predecir con precisión los problemas de desarrollo”.

Aunque Condition Monitoring ha existido desde hace décadas, ha tardado mucho en consolidarse dentro de la fabricación de maquinaria tradicional. Las complejas matemáticas involucradas han requerido siempre grandes y costosos sistemas informáticos específicos, que a su vez tenían que programar expertos de los campos de la ciencia de los materiales y de la mecánica de oscilación. Por ello, Condition Monitoring se limitaba a los sistemas cuyo fallo podía provocar enormes costes.

La escala cada vez menor de los componentes microelectrónicos ha eliminado, desde entonces, la necesidad de un costoso cableado externo. El módulo de entradas analógicas X20AI2636 de B&R, por ejemplo, viene de serie con funciones esenciales como un comparador con histéresis. El módulo Condition Monitoring X20CM4810 de B&R, que se está aplicando actualmente a clientes piloto seleccionados, convierte las señales de lectura de los sensores de aceleración a más de 70 valores específicos. Esto permite supervisar incluso los patrones de oscilación más complejos en un único canal.

Los desarrolladores pueden configurar fácilmente qué factores deben supervisarse en Automation Studio de B&R, sin requerir grandes conocimientos de las funciones matemáticas, lo cual resuelve muchos de los problemas en materia de software e interfaces. Durante el funcionamiento, los valores significativos se envían a la CPU del sistema a través de Powerlink y luego se pueden utilizar directamente en el software de aplicación. “Por primera vez, los fabricantes de maquinaria son capaces de ofrecer Condition Monitoring no como una opción de alto nivel, sino como una característica estándar completamente integrada”, afirma Paulin. “Como resultado, pueden dar a sus clientes garantías de disponibilidad con un riesgo atribuido considerablemente menor”.

Los operarios de la máquina también pueden beneficiarse de la integración de Condition Monitoring con los sistemas de logística interna de la empresa. Cuando la máquina identifica la necesidad de mantenimiento, por ejemplo, se puede enviar automáticamente un recordatorio al departamento de mantenimiento o compras con las piezas requeridas. Esto evita que se desatiendan pedidos o que se asignen de forma incorrecta y garantiza la disponibilidad de la pieza correcta en el momento necesario, sin tener que mantener un gran stock in situ.

Pero el mantenimiento no es la única área donde se abren nuevas posibilidades por el hecho de disponer de datos de condición procesados previamente en tiempo real. Los datos de condición registrados también se pueden enviar al software de automatización para obtener una funcionalidad adicional. “Esto permite ajustar la velocidad con el objetivo de prolongar el tiempo antes del mantenimiento, por ejemplo, o para compensar la holgura o los retrasos de conmutación, y poder mantener unas condiciones de funcionamiento óptimas”, explica Eder. “Este tipo de funcionamiento adaptativo puede contribuir aún más a una mayor disponibilidad y a una vida útil más larga, lo que, en definitiva, representa una utilización más eficiente de los recursos y unos costes unitarios inferiores”.