Sistemas de vacío para fábricas inteligentes

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La Industria 4.0, comúnmente conocida como Internet de las cosas (IoT), se conoce como la cuarta revolución industrial. Predice un mundo donde innumerables máquinas y dispositivos «inteligentes» integrados con electrónica, software, sensores y comunicaciones están interconectados, creando lo que se llama una fábrica inteligente.

Dichos dispositivos capturarán y compartirán datos con fabricantes, usuarios, máquinas y otros dispositivos conectados. Aprovechar estos datos permitirá a los OEM ejecutar equipos y procesos de manera más rápida y eficiente, responder más rápidamente a las cambiantes demandas de productos, maximizar la confiabilidad a través del mantenimiento predictivo, utilizar los recursos de manera más eficiente y permitir la optimización en tiempo real de la operación de fabricación general.

Vacío e Industria 4.0

El especialista en vacío J. Schmalz GmbH en Gratten, Alemania, está adoptando la transición a la Industria 4.0. La empresa produce una amplia gama de componentes y sistemas de vacío que hacen que los procesos de manipulación, sujeción y agarre sean más eficientes, flexibles y cada vez más adecuados para las fábricas inteligentes.

De hecho, ya en 2008, Schmalz presentó un generador de vacío con una interfaz IO-Link, mucho antes de que se conociera el tema de la Industria 4.0. También se cree que la compañía es el primer fabricante de productos de vacío en combinar la funcionalidad del sensor y el actuador en un dispositivo compatible con la Industria 4.0.

Según los directores generales Kurt y Wolfgang Schmalz, las empresas que compiten a nivel internacional no pueden ignorar la Industria 4.0. Los fabricantes deben prepararse para la producción en red para que las personas, las máquinas y los sistemas puedan interactuar sin problemas.

Dicen que una de las posibles ventajas de los OEM es que los equipos se pueden adaptar rápidamente a los cambios de productos o procesos y, al mismo tiempo, son altamente productivos y eficientes. Permite la producción de alto volumen y la personalización de productos, por ejemplo, lotes rentables tan pequeños como productos individuales. La red garantizará que estos procesos de producción cada vez más complejos sean más fáciles de gestionar.

Por ejemplo, Schmalz produce eyectores de vacío inteligentes llamados eyectores compactos X-Pump que facilitan la comunicación y la creación de redes en tiempo real. X-Pump recopila y almacena datos de procesos para ponerlos a disposición de otros dispositivos y sistemas en la red;A cambio, recibe comandos de configuración y optimización. Sus capacidades de diagnóstico y predicción monitorean las condiciones del sistema (como el desgaste o la contaminación) y detectan cambios graduales y fallas inminentes. Esto permite a los fabricantes evitar el tiempo de inactividad no planificado de la máquina y aumentar la disponibilidad del sistema.

Esta red automatizada trasciende las estructuras de información tradicionales, rígidas y en capas. En las fábricas tradicionales de hoy en día, los sensores y actuadores de nivel de campo generalmente transmiten datos a dispositivos de nivel de control, como controladores lógicos programables. Los PLC, a su vez, envían información a dispositivos de nivel de gestión de procesos, como interfaces hombre-máquina (HMI), sistemas de ejecución de fabricación (MES) a nivel de fábrica y, en última instancia, sistemas de planificación de recursos empresariales (ERP) a nivel empresarial.

En la Industria 4.0, por el contrario, la «nube» de automatización permite que los dispositivos inteligentes interactúen entre sí sin problemas. A través de IO-Link, es posible rastrear información como el nivel de vacío, si la pieza de trabajo está sujeta o no y el tiempo de ciclo de los dispositivos de campo inteligentes. La HMI procesa entradas de parámetros como el tiempo y la velocidad, y mide salidas como el consumo de energía;MES rastrea los requisitos de mantenimiento de datos y registros de productividad y calidad;y ERP para monitorear la capacidad general y la disponibilidad de la planificación operativa.

Explicación de IO-Link

Los dispositivos de campo «inteligentes» de Schmalz (p. ej., bombas X) utilizan IO-Link como interfaz de comunicación en todos los sistemas de bus de campo estándar. IO-Link es un potente protocolo de comunicación serie punto a punto estándar (IEC 61131) para transferir información (datos de proceso, datos de servicio y eventos) entre sensores o actuadores y otros dispositivos.

Proporciona más información y capacidades de control que dispositivos simples como sensores digitales o analógicos. Se pueden transferir dos bytes de datos de proceso entre el maestro IO-Link y el dispositivo a una velocidad de 400 μs y 230 kbaudios por ciclo. Se pueden enviar más datos de proceso a una velocidad correspondientemente más lenta. Los cables y conectores estándar reducen la complejidad del cableado. La conexión se realiza mediante un cable de tres hilos, normalmente utilizando un conector M12.

La función de parametrización de IO-Link simplifica la configuración del dispositivo a través de una interfaz de red estándar. Por ejemplo, los perfiles operativos o las instrucciones del proceso se pueden descargar de forma remota en el eyector compacto para ajustar dinámicamente la acción de agarre por vacío. En teoría, se podría llamar a un perfil diferente para cada bucle individual. Al mismo tiempo, el dispositivo se comunica con el controlador superior para proporcionar datos de estado completos. Esto permite no solo un monitoreo continuo, sino también un control integral del proceso, lo que a su vez significa una optimización continua del proceso. Por lo tanto, la configuración remota a través de IO-Link minimiza el tiempo de configuración y el tiempo de inactividad.

Por el contrario, los procesos que dependen de equipos más tradicionales pueden enfrentar tiempos de transición más prolongados. Antes de que la máquina se pueda reiniciar y poner en funcionamiento, se debe detener la máquina, reemplazar los componentes o reiniciar manualmente, y probar y ajustar la operación. El tiempo de inactividad puede ser largo y costoso.

Dispositivos de campo inteligentes

Schmalz ofrece una serie de dispositivos IO-Link capaces de comunicarse con otros componentes, controladores y sistemas. Estos dispositivos de campo inteligentes representan la serie «i» e incluyen generadores de vacío y abrazaderas de aguja SNGi-AE. Utilizan IO-Link para recopilar, interpretar y transmitir datos de proceso. Todos los productos de la serie i realizan funciones «inteligentes» de alto nivel, como monitoreo de energía, monitoreo de condición y mantenimiento predictivo.

Eyector compacto SCPSi Ideal para aplicaciones que requieren ahorro de espacio y generación de vacío energéticamente eficiente en aplicaciones de recogida y colocación rápidas. A menudo se utilizan para la manipulación totalmente automática de piezas pequeñas. Cuentan con boquillas de alta eficiencia que producen tasas de succión de hasta 69 l/min.

Inyector compacto SCPi/SMPi Adecuado para el procesamiento de piezas de trabajo herméticas y microporosas. Se utilizan para aplicaciones de recoger y colocar con tiempos de ciclo extremadamente cortos, tasas de succión de hasta 185 l/min y purga eléctrica opcional para una liberación más rápida de la pieza de trabajo.

Inyector compacto SXPi-PC/SXMPi-PC, Cuenta con un sensor de presión integrado para manejar piezas de trabajo herméticas al gas en condiciones extremas. Estos dispositivos suelen instalarse en líneas de estampado para la producción de chapa. El eyector es muy robusto y proporciona velocidades de aspiración de hasta 220 l/min. La purga de energía opcional también está disponible.

Además de estos productos neumáticos, la empresa también ofrece Abrazadera de aguja eléctrica SNGi-AE Para el procesamiento de textiles y otros materiales no rígidos y altamente porosos. El recorrido de la aguja se puede cambiar en cada ciclo con perfiles de proceso definibles. También está disponible una versión neumática ajustable manualmente (SNG-AP).

Ventaja del sistema

Estos dispositivos de campo en red ofrecen beneficios integrales de control de procesos y energía, tales como:

Monitoreo de energía. Los eyectores ayudan a optimizar el consumo de energía del sistema de vacío. Además de capturar los valores actuales de consumo de energía, también establecen los parámetros del sistema de vacío para maximizar la eficiencia energética durante el funcionamiento. Tienen la capacidad de ayudar a proporcionar datos de tendencias por componente, por ciclo de producción y por turno. Pueden identificar instantáneamente patrones de consumo de energía excesivos o anormales. Los datos se pueden mostrar a través del controlador del sistema.

Monitoreo de condición . Las capacidades de diagnóstico y monitoreo de condición ayudan a maximizar la disponibilidad del sistema. La monitorización continua de los parámetros del proceso, como la presión de funcionamiento y las fugas, así como la carrera del inyector o de la abrazadera de la aguja y los tiempos de ciclo, proporciona un análisis detallado de las condiciones del sistema y una detección rápida de errores. La solución de problemas rápida y eficiente de componentes individuales o sistemas completos minimiza el tiempo de inactividad y reduce los costos.

Mantenimiento predictivo. Las capacidades de mantenimiento predictivo mejoran el rendimiento de las pinzas y mejoran la calidad general del sistema de agarre. Por ejemplo, el sistema puede medir la resistencia al flujo y la estanqueidad en los accesorios, evaluar el rendimiento general y permitir la optimización rápida y sencilla del circuito. También identifica y previene errores de configuración. Finalmente, monitorea los datos del proceso relacionados con el rendimiento e identifica rápidamente los cambios en las condiciones del sistema debido a problemas como fugas o contaminación.

ahorros considerables

Como ejemplo de los ahorros de costos potenciales del uso de equipos de vacío inteligentes, considere una línea de prensa automotriz que produce partes de la carrocería. El equipo de manejo automático está diseñado para transferir componentes de manera eficiente entre prensas con los tiempos de ciclo más cortos.

Esta aplicación potencial utiliza el inyector compacto X-Pump SXMPi-PC con control de proceso y energía integrado. Ayuda a monitorear y analizar todos los parámetros clave del proceso, incluido el consumo de energía y las condiciones del sistema, y ​​proporciona capacidades de mantenimiento predictivo. IO-Link proporciona una interfaz para la comunicación bidireccional con sistemas de nivel superior.

X-Pump permite una configuración del sistema fácil y rápida, identifica y previene configuraciones incorrectas de herramientas, reduce significativamente el consumo de energía y ayuda a optimizar el rendimiento general del proceso.

Lo que es más importante, el eyector compacto aumenta el tiempo de actividad de las operaciones automatizadas de manipulación de piezas de chapa. Supervisan constantemente las condiciones de la herramienta, detectan cambios sutiles o fallas inminentes y los informan al controlador del sistema. La detección temprana de errores permite a los usuarios desarrollar un programa de mantenimiento preventivo planificado antes de que las máquinas fallen y las líneas de producción se apaguen. El ahorro de costos dependerá del costo de las averías en una fábrica de automóviles en particular. Pero en una planta típica, reducir el tiempo de inactividad en solo un minuto por día puede ahorrar hasta 300 000 € por año.

Justin Katz es ingeniero de aplicaciones en Schmalz Inc. en Raleigh, NC Para obtener más información, llame al (919) 713-0880 o visite es.schmalz.com .

Cerca de un campo de comunicación

En otro paso hacia la fábrica inteligente, Schmalz presenta el nuevo terminal compacto SCTMi en Hannover Messe 2015. Su Near Field Communication (NFC) integrado permite el intercambio de datos de corto alcance entre dispositivos. Por ejemplo, un usuario puede colocar un teléfono inteligente habilitado para NFC directamente en el ícono NFC de la terminal y recibir instantáneamente datos importantes en el navegador del teléfono. Transmite una variedad de información, incluida la identificación del terminal, la configuración de parámetros (configuración básica y de proceso, como puntos de conmutación), mensajes de error y diagnósticos, y el manual de funcionamiento del dispositivo. Por lo tanto, no se requiere una visualización que consume mucho tiempo en el controlador.

El terminal puede acomodar hasta 16 eyectores compactos inteligentes montados en bloque (eyectores de vacío). Esto significa que se pueden controlar y controlar individualmente hasta 16 circuitos de vacío diferentes, lo que amplía significativamente la gama de posibles aplicaciones. Los nuevos terminales compactos ayudan a satisfacer la creciente demanda de una mayor flexibilidad, especialmente en la industria automotriz, y ayudan a los ingenieros a enfrentar el desafío de desarrollar mordazas universales para manipular diferentes tipos de mercancías.

Cada inyector tiene capacidades de control de procesos y energía y proporciona datos críticos para equipos de nivel superior para manejar la configuración, optimización y mantenimiento del sistema. Por ejemplo, los usuarios pueden detectar rápidamente mensajes de error e iniciar actividades de mantenimiento antes de que una máquina o herramienta sufra daños costosos.

Una sola línea alimenta el eyector con aire comprimido y el terminal se conecta al sistema de bus de campo a través de Ethernet o IO-link usando un solo cable. En un futuro próximo, Schmalz planea introducir más productos equipados con NFC.

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