posicionamiento de aire

Al programar y ejecutar la automatización de alta velocidad, la precisión de las secuencias de movimiento, especialmente la precisión del punto final, es fundamental para la velocidad, el rendimiento y la calidad de la fabricación. Cada movimiento en la secuencia de movimiento debe ser preciso;No solo en su posicionamiento, sino también en su sincronización.

El posicionamiento electromecánico es la forma más común de realizar esta tarea en los sistemas automatizados. En los sistemas electromecánicos, los dispositivos lineales como guías perfiladas, husillos de bolas y módulos lineales accionados por motores eléctricos levantan, mueven y colocan componentes. Estos sistemas pueden proporcionar una excelente precisión de posicionamiento. Sin embargo, algunas fallas inherentes pueden, con el tiempo, aumentar los costos generales de fabricación y afectar la productividad.

Una alternativa cada vez más popular al posicionamiento electromecánico es el posicionamiento electroneumático. Los sistemas electroneumáticos usan válvulas eléctricas para controlar el flujo de aire o la presión para mover el actuador a la posición deseada.

En muchos casos, el posicionamiento neumático tiene muchas ventajas, incluida una mayor productividad, una mejor capacidad de reparación y un costo total de propiedad más bajo. Los sistemas de accionamiento neumático también brindan a los ingenieros muchas opciones de implementación, lo que les permite elegir el mejor diseño para una tarea determinada.

Electromecánica y Neumática

El posicionamiento preciso se refiere no solo a la precisión del punto final del actuador, sino también a su precisión posicional en cualquier punto seleccionado a lo largo de la ruta de movimiento. Aunque la precisión del punto final es importante, el control de posicionamiento de toda la secuencia de movimiento suele ser el objetivo ideal. El sistema de posicionamiento debe ser capaz de encontrar y mantener la posición deseada en cualquier lugar a lo largo de su recorrido.

Con la llegada de los sistemas de producción de alta velocidad en muchas industrias, los ingenieros de automatización ahora están más enfocados que nunca en encontrar técnicas de control de posicionamiento rentables y energéticamente eficientes para mejorar la precisión. El posicionamiento electromecánico puede cumplir con estos requisitos. Sin embargo, algunos aspectos de la tecnología electromecánica pueden generar costos más altos y problemas de producción a largo plazo.

Por ejemplo, los sistemas de posicionamiento electromecánicos se calientan y experimentan cambios y desgaste relacionados con la temperatura. Esto, a su vez, requiere mucho tiempo de inactividad para enfriarse. De hecho, los sistemas de bajo costo generalmente solo logran un ciclo de trabajo del 50 %, trabajando tanto como lo hacen. Por otro lado, los sistemas de posicionamiento neumático no incluyen partes mecánicas que puedan sobrecalentarse. Esto permite que el componente mantenga un ciclo de trabajo del 100 % y funcione las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

Además, los sistemas de posicionamiento neumático son generalmente más eficientes energéticamente. Por ejemplo, los sistemas electromecánicos consumen electricidad solo para mantener una posición. En ausencia de energía, el sistema electromecánico se reinicia, perdiendo cualquier trabajo anterior, provocando un apagón. La productividad sufre como resultado.

La neumática no tiene este problema. Cuando un diseño usa control de flujo neumático, una válvula ubicada en el centro bloquea el flujo de aire en cualquier dirección y el pistón del cilindro permanece automáticamente en su lugar. En caso de un corte de energía en un sistema de producción o fábrica, es mucho más fácil reiniciar las operaciones con un sistema de posicionamiento neumático. El control de presión proporcional y las válvulas normalmente cerradas brindan los mismos beneficios cuando están desenergizadas.

Además, el mantenimiento de los componentes neumáticos es relativamente fácil y económico. Cuando los cilindros se agrietan o se desgastan, pueden repararse o reemplazarse a bajo costo. Por otro lado, cuando algo sale mal con un sistema electromecánico, a menudo requiere nuevos y costosos accionamientos eléctricos.

Estas ventajas, combinadas con las características inherentes de bajo mantenimiento de los dispositivos neumáticos, pueden reducir significativamente el costo real de propiedad en comparación con los dispositivos electromecánicos. De hecho, los cables del equipo electromecánico por sí solos pueden costar más que todo el sistema neumático.

Posicionamiento neumático

Los accionamientos neumáticos proporcionan un método probado para un posicionamiento preciso y fiable. La mayoría de los sistemas de posicionamiento neumático que combinan válvulas de control, cilindros y sensores simples se basan en el control de flujo direccional para controlar el posicionamiento. Dichos sistemas monitorean la retroalimentación de la posición del pistón y determinan la dirección en la que debe fluir el aire para lograr la posición deseada. Mueva la válvula y permita que el aire comprimido fluya hacia el puerto del cilindro apropiado para expandir el actuador a la posición deseada. Al invertir la válvula, el cilindro se retrae en la dirección opuesta.

Este tipo de sistema proporciona un amplio control de flujo direccional, lo que se traduce en un control de posicionamiento incremental preciso. Las válvulas para este sistema se seleccionan según el diámetro y la carrera del actuador neumático. Generalmente, el flujo de aire se puede controlar de 0 a 1000 lpm.

No obstante, varios inconvenientes impiden el uso de control de flujo neumático para el posicionamiento. Los problemas más comunes se relacionan con una limitación fundamental de la neumática: dichos sistemas no pueden sellarse completamente e inevitablemente acumulan o pierden aire y presión de manera intermitente.

Con control de flujo direccional, una pequeña fuga hará que el pistón del cilindro se mueva ligeramente. El controlador del sistema de posicionamiento recibe retroalimentación de movimiento de los sensores y el controlador responde ajustando ligeramente el flujo para compensar el movimiento del pistón. Este ligero pero constante movimiento de ida y vuelta, conocido como jitter, puede afectar negativamente la precisión y la funcionalidad del sistema.

Posicionamiento de presión proporcional

Preocupaciones sobre la precisión del posicionamiento y la inestabilidad, Annworth Se desarrolló un sistema que se basa en el control proporcional de presión de aire de acción directa, en lugar del control de flujo direccional, para mejorar la precisión de los sistemas de posicionamiento neumático.

El diseño rentable integra la electrónica de control con una gama de actuadores, cilindros y válvulas neumáticas estándar. Pero se diferencia de un control de flujo direccional en que utiliza un regulador de presión proporcional de acción directa para monitorear y regular constantemente la presión del aire. Esto, a su vez, permite un control preciso del posicionamiento del cilindro.

El sistema de posicionamiento electroneumático (EPPS) utiliza dos reguladores de presión proporcionales montados en el cilindro, uno a cada lado del pistón del cilindro. Un lado usa el primer regulador de presión proporcional (válvula E/P) para mantener una presión constante, mientras que la segunda válvula E/P controla la presión en el otro lado.

El controlador de posicionamiento electroneumático (EPPC) de la unidad recibe datos del regulador de presión proporcional y le envía una señal de comando de presión analógica. El controlador compara la relación de presión de un lado con el otro. Un lazo proporcional-integral-derivativo (PID) proporciona una salida analógica a un segundo regulador de presión proporcional para regular la presión según sea necesario. Más presión en el segundo lado significa que el pistón se moverá hacia adelante y viceversa.

La principal ventaja de este enfoque es una mayor precisión. Los reguladores de presión proporcionales controlan la presión de forma continua y precisa, eliminando los efectos de la inestabilidad. Un regulador de presión neumático de acción directa puede controlar la presión dentro de 0,10 psi, y el sistema EPPS puede usar cualquiera de los actuadores neumáticos de la empresa. Por lo tanto, los diseñadores de sistemas tienen más flexibilidad.

Tenga en cuenta que cada actuador tiene diferentes características físicas. Por lo tanto, es difícil hacer afirmaciones amplias sobre la precisión de la ubicación. Sin embargo, con la selección adecuada de los actuadores y el ajuste optimizado del controlador, son ciertamente posibles precisiones de posicionamiento de ±1 mm. Esto es mejor que el posicionamiento neumático de control de flujo tradicional.

Precisión económica

Mientras que los sistemas electroneumáticos electromecánicos y basados ​​en flujo ofrecen capacidades de posicionamiento eficientes, los sistemas de control neumático proporcional directo como EPPS mantienen muchas ventajas inherentes.

EPPS está diseñado para proporcionar económicamente las ventajas del posicionamiento neumático para una amplia gama de aplicaciones de automatización. El sistema utiliza componentes estándar listos para usar que son fáciles de integrar y se pueden reemplazar rápidamente cuando sea necesario. El EPPS integra un sensor AVENTICS SM6-AL (efecto Hall) y no requiere la perforación con pistola del vástago del pistón del cilindro como los sistemas neumáticos convencionales. Al eliminar los taladros de pistola, se pueden usar cilindros estándar, lo que reduce el costo y el tiempo de entrega.

Aunque se basa en el control electrónico, EPPS no requiere una programación compleja. Los usuarios pueden ahorrar tiempo y recursos simplemente ingresando un comando de ubicación simulada. El comando analógico estándar para el punto de ajuste de carrera es de 0 a 10 V CC o de 4 a 20 mA.

En general, los sistemas electroneumáticos son más duraderos que los sistemas electromecánicos porque no requieren motores eléctricos ni accionamientos en los actuadores. Por lo tanto, pueden soportar condiciones adversas como temperaturas extremas, condiciones polvorientas y entornos húmedos y sucios.

Finalmente, en comparación con el posicionamiento neumático tradicional, EPPS mejora la precisión del posicionamiento y elimina desventajas como la fluctuación asociada con los posicionadores neumáticos basados ​​en flujo. Para muchas aplicaciones de automatización que requieren un rendimiento probado, un alto rendimiento y una precisión y un control de posicionamiento ultraprecisos, EPPS proporciona una alternativa viable a los sistemas de posicionamiento electromecánicos y basados ​​en flujo.

Steve Vincent es gerente de productos y John Bridges es gerente de marketing de Aventics Corp. en Lexington, Kentucky. Para obtener más información, llame al (859) 254-8031 o visite www.aventics.com .

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