Automatización sin armario eléctrico: nuevas reglas de juego en la ingeniería de máquinas y sistemas

“El MX-System está revolucionando el diseño y la instalación en el mundo de la construcción de maquinaria”, explica Ludger Martinschledde, director general de Schirmer Maschinen GmbH. En su uso inicial en un sistema de procesamiento de perfiles, la solución de sistema enchufable para la automatización sin armario eléctrico de Beckhoff cumplió todos los requisitos en todas las fases del proyecto, desde la planificación y el diseño hasta la instalación y la puesta en marcha.

La construcción de puertas y ventanas es un negocio de alta tecnología. Esto queda patente desde el primer paso del proceso, con el tratamiento totalmente automático de las barras en bruto en una máquina de tratamiento de perfiles de Schirmer Maschinen GmbH. Schirmer, empresa fundada en 1979, fue el primer cliente de Beckhoff. Lleva más de 40 años confiando en la tecnología de control basada en PC de Beckhoff, desde el primer controlador de posicionamiento hasta el nuevo MX-System. Esta solución de sistema enchufable para la automatización sin armario eléctrico se ajusta perfectamente al concepto de máquinas de Schirmer: el desarrollo de máquinas personalizadas basadas en módulos de proceso en gran medida estandarizados para crear soluciones específicas de cliente con un alto rendimiento y flexibilidad en perfiles y procesos. La empresa es miembro del Beckhoff Automation Group desde 2016 y actualmente emplea a unas 250 personas.

Las máquinas de Schirmer pueden utilizarse para diversos procesos: las piezas individuales para marcos de ventanas y hojas se fabrican en un proceso continuo a partir de barras de perfil de aproximadamente 6 metros de longitud. En la medida de lo posible, todas las operaciones de taladrado, fresado y punzonado se llevan a cabo en la barra en bruto y, a continuación, se cortan y procesan los extremos. Mientras se procesan las barras de perfil, los perfiles de refuerzo se cortan a medida en una línea independiente con la opción de insertarlos y colocarlos automáticamente en el perfil de PVC. A continuación se llevan a cabo otros procesos, como el atornillado del perfil y el refuerzo, el tratamiento del acero (taladrado, fresado) y la inserción y atornillado de los mecanismos de cierre.

Dado que las máquinas de Schirmer deben manipular una amplia variedad de geometrías de perfil que cambian con frecuencia, el proceso de conversión se realiza automáticamente. “Para nosotros, la configuración manual está definitivamente descartada”, afirma Ludger Martinschledde. Por lo tanto, tienen que colocarse de forma totalmente automática un gran número de topes y soportes. “El año pasado, por ejemplo, implantamos una línea con un total de 210 ejes”, recuerda Ludger Martinschledde, mientras esboza el perfil de requisitos de la plataforma de control.

El equipamiento eléctrico utilizado en las máquinas Schirmer hasta la fecha refleja los estándares actuales. Los amplificadores de accionamiento, las fuentes de alimentación, la distribución de energía y la tecnología de control basada en PC se instalan en armarios de control. En las máquinas Schirmer suele haber varias de estas estaciones instaladas a lo largo de la máquina, donde se tienden y conectan los cables de 2 ó 3 módulos de proceso de la máquina. Las E/S EtherCAT también se utilizan en subdistribuidores. Estos se emplean para recoger las señales de los actuadores y sensores de cada uno de los módulos de proceso individuales. Sin embargo, combinar varias funciones de proceso en un único armario de control y utilizar subdistribuidores donde las líneas de señal van sujetas, en lugar de enchufadas, resulta problemático en la construcción modular de máquinas.

Ludger Martinschledde describe así los inconvenientes de esta solución: “Esto significa que la mayor parte de la instalación eléctrica y la puesta en marcha no se realizan hasta el montaje final, que es precisamente cuando necesitamos darnos prisa con la puesta en marcha del sistema antes de desmontarlo de nuevo para su entrega”. La discrepancia entre el concepto de máquina modular y los armarios de control centrales ha sido identificada desde hace tiempo por Schirmer como un obstáculo para lograr un flujo de trabajo más eficiente en los proyectos.

Por eso no es de extrañar que en 2021, al oír hablar de las posibilidades de la automatización sin necesidad de armario eléctrico con el MX-System de Beckhoff, Ludger Martinschledde y los ingenieros de diseño de Schirmer se sintieran extraordinariamente interesados. “Los ingenieros de diseño y Ludger captaron inmediatamente el potencial del MX-System para sus proyectos de construcción de maquinaria modular”, recuerda Daniel Siegenbrink, jefe de producto de MX-System en Beckhoff.

Schirmer ha estrenado MX-System en una de sus máquinas y toma así un nuevo rumbo con el objetivo principal de optimizar los plazos de entrega y los procesos de fabricación de máquinas. Ahora, en lugar de los armarios de control que solían estar instalados junto a las máquinas, solo se ven las placas base del MX-System, montadas directamente en los bastidores de acero de los módulos de proceso. En cuanto a los subdistribuidores, sus tareas también están ahora alojadas en el MX-System o se han sustituido por módulos de E/S descentralizados (módulos EtherCAT Box) de Beckhoff. Gracias a esta combinación de MX-System y módulos de caja EP, todos los cables de los motores, sensores y terminales de válvulas son enchufables.

Para Schirmer, la ventaja crucial del MX-System radica en la reestructuración de los procesos internos. Al fin y al cabo, esta solución de sistema enchufable permite al fabricante de la máquina montar todos los componentes eléctricos de un módulo de máquina durante la preinstalación y conectarlos con facilidad mediante cables preconfeccionados. Otro aspecto crucial es que, durante la preinstalación, los módulos de la máquina son libremente accesibles desde todos los lados, lo que facilita enormemente el tendido y la conexión de los cables. Daniel Siegenbrink explica: “Esto ahorra mucho tiempo y aumenta significativamente la eficiencia de nuestros flujos de trabajo”. Esto no solo se aplica al montaje, sino que comienza ya con la planificación, los trabajos preparatorios y el suministro de material en la fase de producción.

Los módulos funcionales del MX-System también permiten prescindir del complejo cableado individual de numerosos subcomponentes, habitual en el diseño convencional de armarios de control. Esto evita errores de cableado y reduce la diversidad de piezas. De este modo, los componentes necesarios (placas base y módulos de MX-System, así como el cableado premontado del sistema) pueden extraerse del almacén para su preinstalación directamente después de la planificación eléctrica. “El objetivo es conseguir un almacén que no dependa de los pedidos y que podamos gestionar con niveles mínimos de existencias, requisitos y tiempos de reposición”, apunta Ludger Martinschledde.

Para Schirmer, este proyecto de desarrollo inicial también ha aportado otras dos ideas: las solicitudes de cambio de última hora son mucho más fáciles de implementar y requieren menos esfuerzo, incluso en fases tardías del proyecto. Y con la puesta en servicio parcial modular, cualquier error funcional puede detectarse en una fase temprana y rectificarse sin presión de tiempo.

En la fase final de montaje, las máquinas ocupan una gran superficie, por lo que en Schirmer los procesos tienen que ejecutarse con rapidez para dejar sitio a los siguientes sistemas en espera. Ludger Martinschledde señala que los procesos previos -especialmente la instalación eléctrica y la puesta en marcha parcial- reducen significativamente los tiempos de inactividad y aumentan la eficiencia del espacio en el proceso. Esto permite a Schirmer montar, inspeccionar y entregar más sistemas en la misma nave. Como fabricante de maquinaria con una cuota de exportación del 75%, el carácter universal de la solución de automatización es otro aspecto importante para Schirmer. Mientras que antes había que tener en cuenta la futura ubicación de la instalación durante la planificación eléctrica y la adquisición de material, ahora la máquina puede utilizarse en todo el mundo sin necesidad de perder tiempo en modificaciones, ya que el MX-System cumple las normas IEC, UL y CSA. Esto contrasta claramente con la situación de los armarios de control convencionales y aumenta aún más el grado de estandarización en Schirmer.

Pero no solo Schirmer se beneficia de la automatización sin armario eléctrico, ya que el MX-System también ofrece ventajas tangibles a los usuarios finales. Entre ellas destacan la mejor accesibilidad a las estructuras de las máquinas y la reducción del espacio necesario gracias a la eliminación de los armarios de control. Esto significa que las instalaciones de producción pueden situarse más cerca unas de otras en el taller, optimizando el valioso espacio, pero sin incumplir, por ejemplo, los requisitos de las vías de evacuación. Al dividir por 10 el número de componentes, también se reduce el tamaño del almacén de piezas de repuesto. La aplicación Beckhoff Diagnostics, que se ha lanzado al mercado junto con el MX-System, es una herramienta que facilita al personal de mantenimiento la localización y corrección de averías. “Gracias a la posibilidad de enchufar de extremo a extremo y al uso de la aplicación de diagnóstico como sustituto del multímetro, no se necesitan electricistas especialmente formados para conectar o sustituir los módulos del MX-System”, subraya Daniel Siegenbrink.

El uso del MX-System de Beckhoff ha supuesto importantes ventajas y optimizaciones en toda la cadena de procesos de Schirmer. Esto incluye una reducción de la carga de trabajo anterior para la planificación eléctrica cercana al 50%, ya que el tiempo de montaje habitual de dos a tres semanas para el diseño de armarios de control convencionales se ha reducido a unas pocas horas de montaje del sistema. Ludger Martinschledde también espera una reducción significativa de los tiempos de inactividad en la fase final de montaje.

La nueva máquina se presentó por primera vez en Fensterbau Frontale 2024, la feria internacional líder del sector, y Ludger Martinschledde cree que, sin duda, este no será el último sistema de este tipo en el camino hacia una nueva era de automatización sin armario de control: “Schirmer seguirá confiando en esta solución innovadora de Beckhoff. Estamos totalmente embarcados en la transición de nuestras máquinas a la automatización sin armario de control con el MX-System, y en el futuro esto también se aplicará a las líneas de productos para perfiles de aluminio y acero”.

Características de la máquina para Fensterbau Frontale

• 14 m de longitud del sistema
• 11 módulos de proceso de la máquina
• 67 ejes
• 23 servomotores síncronos AM8000
• 4 servomotores lineales AL8000
• 28 servomotores síncronos AM8100
• 12 motores asíncronos trifásicos
• 18 terminales de válvulas
• 11 placas base MX-System
• 118 módulos de función MX-System
• 1 módulo IPC
• 39 módulos de sistema
• 34 módulos de E/S (28 de ellos para tecnología de accionamiento compacta)
• 7 módulos de relé
• 37 módulos de accionamiento
• 64 módulos EtherCAT Box
• 1 panel de control específico del cliente.