Reducir los tiempos de parada en el sector del packaging gracias a los actuadores mini de Siko

Los tiempos de parada de una máquina o una línea de producción están generalmente condicionados por todas las alteraciones necesarias a la adaptación de un nuevo formato de producto o al simple posicionamiento de ejes auxiliares en el proceso productivo (cambio de formato). En este sentido, sustituir los elementos de ajuste manual en los ejes estratégicos por indicadores de posición con bus de comunicaciones y actuadores en red, trae beneficios en términos de tiempo de parada de producción y de calidad de producto. La gama DriveLine (AG’s) de Siko, empresa distribuida por Mecánica Moderna (MecMod), introduce en el mercado el concepto de actuadores de altas prestaciones en tamaño reducido.

Con un cálculo simple se reconoce fácilmente el potencial de automatización recurriendo a los actuadores AG de Siko: una máquina común de procesado tiene varios ejes, necesita paradas y opciones de configuración limitadas de modo que se pueda adaptar fácilmente a los varios tamaños de produtos a producir. Michael Schwab, product manager de DriveLine en Siko-GmbH en Buchenbach (Alemania), hace la siguiente estimación: “Si una máquina tiene un total de 24 posibilidades de ajuste, entonces, dos operarios con manivelas necesitarían cerca de 10 minutos para un cambio de formato completo. Por otro lado, si todos los ejes fuesen automatizados con un actuador AG de Siko y el produto fuese cambiado cada hora, el tiempo de set-up se minimizaría, y la productividad aumentaría en cerca de un 15%”. En otras palabras: “Cuantos más ejes de una máquina de ajuste, y cuanto mayor sea la frecuencia de ajuste, mayor será la probabilidad de amortizar los costes de automatización en una máquina hasta entonces operada manualmente”. El éxito de los actuadores AG de Siko confirman que cada vez más usuarios empiezan a tener noción de estos conceptos. Los dos nuevos miembros de la familia de actuadores DriveLine, AG05/25 y AG06/26, con pequeñas dimensiones aportan nuevas posibilidades para la automatización de sus máquinas.

El primer miembro de la familia, el actuador AG01, entró en el mercado en 2002, seguido por el AG02 en 2003, que fue equipado, un año más tarde, con un interfaz Profibus-DP-/CANopen integrado. El motor de altas prestaciones de 24 Vdc tiene 70 W en el actuador AG01 y 150 W en el actuador AG02. Actualmente la familia ha aumentado con los modelos AG05/06/25/26 con motor también de 50 W (24Vdc) con display con Leds y cuenta ya con los más recientes protocolos de comunicación del mercado (EtherCAT, EtherNET/IP, …).

Entre las ventajas de estos actuadores encontramos su excelente relación calidad/precio, muy fáciles de usar, larga vida útil y, finalmente, un elevado par de arranque, que permite desplazar los husillos a pesar de estar impregnados de suciedad. Dependiendo del tipo de motor seleccionado, está disponible con un par de salida nominal de 1,6 a 14 Nm y una velocidad de rotación nominal de 35 a 500 rpm, siendo suficiente para asumir el trabajo de los elementos de ajuste manual. Desde el AG01 hasta el AG26, todos poseen eje hueco con un diámetro de 10 hasta el máximo de 20 mm.

La construcción hueca del eje del mecanismo asegura no solo una instalación y funcionamiento sin problemas adicionales, sino también un cambio simple con los tradicionales indicadores de ajuste manual (gama DA’s). Quitar la manivela del husillo, montar el actuador, fijar en un punto, y ya está listo. El nuevo actuador AG03 representa un desarrollo todavía mayor basado en el AG01, que va dirigido a dos requisitos clave para los clientes: “Ejes de ajuste en máquinas que no necesitan mejora de rendimiento constante”, explica Michael Schwab. “El usuario obtiene beneficios mayores con actuadores compactos”, apunta. El fabricante de una nueva máquina tiene una libertad de acción mucho mayor al usar actuadores más pequeños con una profundidad de apenas 60 mm. Estos también representan un nuevo impulso para la mejora de la maquinaria ya existente. “Muchas máquinas todavía no fueron automatizadas debido al hecho de que los actuadores eran simplemente demasiado grandes. Los nuevos AG05/06/25/26 son la solución ideal para situaciones en espacios reducidos”.

“Nuestra relación tamaño/rendimiento nos sitúa entre un 30 y 40% más eficiente/rentable en relación a nuestros competidores”, sostiene. Una disminución del diámetro del eje hueco significa que los actuadores pueden utilizarse hasta una distancia mínima de 38 mm del eje. El motor brushless 50 W/24 Vdc opera sin desgaste y entrega un par nominal máximo de 14 Nm con una velocidad de rotación nominal de hasta 500 rpm en un actuador con eje hueco de hasta 20 mm de diámetro. Disponen además de control electrónico con protección de polaridad y sobrecargas, posicionador magnético incremental/absoluto e interface de bus para EtherCAT, EtherNet/IP, Powerlink, Profinet, Profibus-DP y CANopen, según modelo.

Tal como ya se ha comentado, los actuadores con bus de comunicaciones minimizan los tiempos de cambio de formato de una máquina debido a la posibilidad de ajuste y monitorización automática de todos sus parámetros. Michael Schwab utiliza otro ejemplo de tecnología de procesamiento de cara a ilustrar más ventajas. “La producción normalmente implica trabajo con gran precisión de posicionamiento y la habilidad de poder hacer ajustes en el mismo sitio varias veces al día. El ajuste manual de los ejes dificulta mucho garantizar los requerimientos precisos de ajuste, lo que significa que la producción sufre, resultando en más desperdicio. Por contra, un actuador garantiza el posicionamiento exacto con una alta capacidad de reproducción de ese posicionamiento en cualquier momento. El sistema de medida monitoriza los 360º de una rotación con 1.600 pasos, lo que corresponde a una resolución de 0,225°. Aunque depende del paso del husillo, esto resulta claramente en una precisión de posicionamiento muy difícil de conseguir manualmente”. La tecnología magnética del sistema de medida es sin contacto/desgaste y es además insensible a la contaminación, humedad, choques y vibración. Un anillo play-free magnetizado de ferrita en el hueco de salida transmite su rotación al módulo de traducción vía sensor. El módulo de traducción convierte el número de polos norte-sur detectados en la rotación en pulsos y los utiliza para calcular el ángulo de rotación y, consecuentemente, la posición adquirida.

La gama para la automatización de la marca Siko no está totalmente polarizada en los puntos de ajuste manual y automático de los ejes. Más bien al contrario, los especialistas colocarán en el tope de sus prioridades la máxima flexibilidad tanto para ingenieros mecánicos, como para los usuarios finales. “El usuario puede decidir cual es la mejor dirección a tomar en relación al posicionamento de los ejes y de los husillos de las máquinas. Puede seleccionar el mejor método de ajuste para cada eje. La construcción en eje hueco del mecanismo posibilita su recuperación en el futuro y la sustitución de la manivela por un actuador”, explica Michael Schwab. Equipar cada eje con la tecnología de ajuste adecuada es una forma particularmente economizadora a la hora de minimizar los tiempos de cambio de formato. Los ingenieros mecánicos también sacan provecho de esta automatización flexible dado que les permite ofrecer estos productos en varias versiones –desde el modelo básico con indicadores mecánicos digitales de posición (gama DA’s), pasando por los digitales (gama DE’s), los semi-automáticos con comunicación (gama AP’s), y la versión de actuadores totalmente automatizada (gama AG’s)– personalizándolos de modo que se ajusten a las necesidades del usuario final en términos de precio y prestaciones.

Es un progreso subsecuente en la mejora de la flexibilidad para el usuario acortando el camino entre los ajustes puramente manuales de ejes de máquinas vía manivela y una solución totalmente automatizada vía fieldbus y actuadores.

El procedimiento semiautomático reduce el tiempo de cambio de formato sin automatizar totalmente. Errores que podrían ocurrir, tales como leer incorrectamente valores de una lista, son eliminados al automatizar el proceso.

Los indicadores de posición digital absolutos AP05/10/20 o el display absoluto MA501 con sensor magnético detectan la posición actual y la transmiten al control o al PC vía bus de comunicación. El valor objetivo es transmitido al eje de la máquina a ajustar. El operador de la máquina apenas tiene que leer y alinear en el display el valor actual con el valor objetivo. La pasarela IF09P/1 conecta el bus de comunicación con los indicadores referidos anteriormente. Permite conectar un máximo de 31 dispositivos en profibus o CAN bus via interface RS485. El display MA501 para una medición lineal o radial permite disponer simultáneamente de los valores actuales y los valores objetivo en su display programable multilínea.

Este equipo provee valores de medida casi absolutos con una precisión de 10 μm gracias a su batería de reserva. De igual modo, los indicadores de posición AP05/10/20 proveen valores de medida absolutos (gracias a su batería interna), y los muestran a través de un display integrado. El eje hueco facilita la instalación o reajuste del dispositivo. Parámetros como el avance por vuelta, sentido de rotación, el valor de calibración y otros pueden ser programados libremente por el usuario. La tecla multifunción permite alternar entre reset, valor objetivo o la medida incremental, y los LED integrados indican el estado de posicionamiento o la necesidad de reposicionar acorde con la información recibida del PLC/control. Todos estos dispositivos se comunican con el control o la pasarela a través del bus de comunicación. El usuario tiene así libertad para combinar los ya mencionados ajustes semi-automáticos de los ejes en una máquina, tanto con actuadores en red o con manivelas con indicadores de posición.

El cambio constante de productos con tamaños muy variados son situaciones diarias en varios ramos de la industria, exigiendo numerosos cambios de regulación y ajuste para los ejes de alimentación y/o ejes auxiliares. Ejemplos de ello son las máquinas de producción de las industrias de metal, packaging, madera, vidrio, impresión y de plásticos, así como en máquinas-herramienta. Minimizar los tiempos de procesamiento auxiliar de las máquinas y de los desperdicios producidos tienen un efecto considerable en la eficiencia y, por tanto, en los costes de una empresa. “El desarrollo mecánico de las máquinas llegó a un punto donde el ahorro de tiempo y de costes solo puede realizarse a través de un aumento de la automatización”, comenta Michael Schwab. Esto también explica el aumento creciente de la demanda por actuadores. Según algunos estudios de mercado, el 70% de las empresas preguntadas percibe una necesidad creciente de disponer de actuadores, y cerca del 30% ya emplea un bus de comunicación para colocarlos en red.

Los usuarios del AG02 reportan un aumento en la productividad de casi un 30%, con un aumento en el precio de compra de apenas un 10%. Al mismo tiempo, afirman que los ajustes son cuatro veces más rápidos y considerablemente más precisos que los efectuados manualmente. Gracias a los nuevos actuadores Siko AG’s, estas innovaciones están ya disponibles en máquinas donde un cambio de formato manual no es posible debido a condiciones de espacio reducidas.

Para completar y mejorar la gama de productos destinados al cambio de formato, Siko ha desarrollado la pantalla ETC5000, “la mejor solución” para el posicionamiento eficiente de ejes y husillos tanto para nuevas aplicaciones como para actualización de maquinaria antigua (retrofitting). Es ideal para maquinaria de sectores como el packaging, madera, farmacia, cosmética y alimentación.

El ETC5000 es un sistema de control autónomo con pantalla táctil (protocolo RS485/Sikonetz5), siendo éste “el primer sistema plug&play del mundo para el cambio de formato”. De este modo, Siko proporciona no solo el hardware, sino también el software, de modo que el usuario obtiene un paquete completo: desde el control HMI, los actuadores ultra-compactos (AG05/06), los indicadores de posición electrónicos (AP05/10/10S), hasta el cableado eléctrico y los accesorios. Además, dispone de una interfaz de usuario muy intuitiva que guía al usuario de forma rápida, clara y fácil para alcanzar la posición objetivo deseada.

Se trata pues de un sistema de control con pantalla táctil para el control de hasta 31 indicadores de posición (AP’s) o actuadores (AG’s) o una combinación de ambos con una puesta en marcha plug&play sin necesidad de ningún conocimiento de programación por parte del usuario. Esta pantalla tiene un funcionamiento muy intuitivo con pantalla táctil para el ajuste de formato, dispone también de copia de seguridad de datos y actualizaciones de software mediante puerto USB. La pantalla puede utilizarse también con guantes y existe la posibilidad de comunicación externa al sistema (8 entradas y salidas digitales).

Así, este sistema de control presenta grandes ventajas como lo es el poder realizar un cambio de formato rápido y eficiente mediante un ajuste supervisado por el operario (si se utilizan indicadores AP’s) o plenamente automatizado (si se utilizan actuadores motorizados AG’s), aumentando de esta manera el rendimiento de la máquina mediante un menor tiempo de inactividad. También se garantiza una puesta en marcha/configuración rápida gracias a una interfaz de usuario muy fácil de manejar y una alta fiabilidad gracias al cambio de formato automático (minimiza los errores humanos), así como la mejora de la capacidad de repetición mediante la compensación automática del juego mecánico. Por último, también es importante mencionar la compatibilidad mecánica entre los antiguos indicadores mecánicos DA’s y los modernos indicadores de posición electrónicos AP’s y los actuadores automáticos AG’s para poder realizar un retrofitting sin modificaciones mecánicas en la máquina.