Introducción a los servomotores y guía de selección de Kinetix
Los servomotores son un dispositivo electromecánico que combina un motor tradicional con una electrónica de posicionamiento de alta precisión. La ventaja de un servomotor sobre un motor inductivo es la capacidad de posicionar de manera confiable el motor dentro de una tolerancia ajustada y, por lo tanto, realizar tareas que no se podrían realizar con ningún otro tipo de motor.
La electrónica que se aloja dentro del "servomotor" es compleja. Sin embargo, hay tres componentes principales que debe tener en cuenta:
- Servoaccionamiento | Regula el voltaje, se comunica con el PLC y el Servomotor.
- Servocodificador | La parte del motor que es responsable de rastrear de manera confiable la posición del eje.
- Servomotor | El motor que gira cuando se aplica un voltaje.
Servoaccionamiento
El servoaccionamiento tiene dos componentes principales: procesamiento de señal de bajo voltaje y conversión de potencia de alto voltaje. La parte de bajo voltaje de la unidad es responsable de hablar con el PLC y procesar la información del codificador. Esta parte de la unidad contendrá parámetros, posición, datos del sensor y más. La parte de alto voltaje de la unidad tomará el voltaje de entrada (generalmente trifásico en aplicaciones industriales), lo convertirá en CC y creará el voltaje apropiado en la salida. El "voltaje apropiado" está dictado por la porción de bajo voltaje de la unidad.
Servocodificador
Un codificador juega un papel crítico en un servosistema. Rastrea la posición del eje con alta precisión y transmite esta información al controlador. La precisión o limitación de un servomotor específico a menudo está dictada por la precisión del codificador.
Servomotor
El servomotor es lo que lleva la carga mecánica. En esencia, el motor no es diferente de cualquier otro motor en la industria. Para cargas más ligeras, se utilizan motores DC o paso a paso. Para cargas más pesadas, se prefiere utilizar un motor de inducción. Existen muchas diferencias entre cada tipo de motor y sus respectivos mecanismos de control. Sin embargo, la conclusión es que el motor en el núcleo de un servosistema es el mismo que cualquier otro motor que encontraría en la industria.
Servo vs Motor de Inducción
Un motor de inducción se utiliza a menudo para accionar bombas, ventiladores, cintas transportadoras, etc. La razón es que son relativamente baratos, confiables y capaces de conducir cargas masivas. La desventaja es que es difícil rastrear su posición, lo que los hace inutilizables en aplicaciones de posicionamiento preciso.
En el lado opuesto, un servomotor es ideal para aplicaciones de alta velocidad, pero tiene un costo mucho mayor.
La implementación de un servosistema es mucho más compleja que la de un motor de inducción. Un motor de inducción trifásico requiere un conjunto de contactos o un variador de frecuencia y poca o ninguna programación para ponerse en marcha. Por otro lado, el servomovimiento es un campo completo dentro de la automatización y puede ser bastante complejo para aquellos que intentan implementar estos sistemas en el campo.
Familia Kinetix de servomotores
Una de las familias más utilizadas de servomotores en América del Norte es el Kinetix de Allen Bradley. Tiene una interfaz directa con los PLC CompactLogix y ControlLogix y se integra fácilmente en el sistema a través de la programación de PLC RSLogix y Studio 5000.
Como se mencionó anteriormente, el control de movimiento no es un proceso simple. Debe estar familiarizado con las complejidades de la plataforma, los diversos parámetros del sistema y las elecciones de hardware que debe realizar antes de emprender el diseño, la actualización o la solución de problemas.
Opciones de Kinetix de un vistazo
A partir de 2021, las familias admitidas de Kinetix son las siguientes:
- Kinetix 5700
- Kinetix 5500
- Kinetix 5300
- Kinetix 6500
- Kinetix 350
- Kinetix 6000
- Kinetix 6200
- Kinetix 5100
- Kinetix 300
¿Cuáles son las diferencias clave y a qué debe prestar atención?
Recuento de ejes bajo vs alto | Dependiendo de la aplicación, es posible que necesite un solo servovariador o varios. Según las familias enumeradas anteriormente, puede elegir un conjunto u otro.
- Bajo - Kinetix 5500, Kinetix 5300, Kinetix 350, Kinetix 5100, Kinetix 300
- Alta - Kinetix 5700, Kinetix 6500, Kinetix 6000, Kinetix 6200
Costo y complejidad | Los sistemas más pequeños con requisitos de resolución más bajos deben utilizar familias de servovariadores de gama baja para ahorrar en costos.
- Kinetix 5100, Kinetix 300
Clasificación de seguridad | Todos los variadores Kinetix cuentan con un mecanismo de control de seguridad. Sin embargo, difieren entre familias.
- Categoría 4: Kinetix 6500, Kinetix 6200
- Categoría 3: Kinetix 5700, Kinetix 5500, Kinetix 350, Kinetix 6000
Compatibilidad de motores | Cada familia es compatible con un conjunto diferente de motores.
Como se muestra en la tabla anterior, revisar los motores compatibles con el sistema de accionamiento es fundamental para seleccionar la familia de accionamiento adecuada. Los motores de tipo VP* solo son compatibles con Kinetix 5700 y Kinetix 5500. Si la aplicación en cuestión requiere esos motores, el usuario no tiene otra opción que esas dos familias. Del mismo modo, si necesita el tipo de motores TL, debe ir con los sistemas Kinetix 5300 o Kinetix 5100.
También es importante tener en cuenta que la tabla anterior proporciona una descripción general de las compatibilidades de motores Kinetix. El usuario debe revisar en profundidad los requisitos, ya que cada familia de motores Kinetix puede tener motores que son o no compatibles con las plataformas mencionadas anteriormente. En otras palabras, aunque las unidades VPL son compatibles con las unidades Kinetix 5700 y Kinetix 5500, no todos los motores del catálogo VPL son compatibles con cada unidad.
Selección de PLC para control de movimiento
Cuando se trata de PLC Rockwell, la palabra clave para utilizar el verdadero movimiento servo es "Movimiento CIP". Ciertos PLC indicarán el número de conexiones CIP que son capaces de soportar. Este número dictará cuántos servocontroladores puede conectar a ese PLC específico. Es importante tener en cuenta que ciertos sistemas de servoaccionamiento (de gama baja) no admiten CIP y, por lo tanto, no forman parte de ese cálculo. Sin embargo, el movimiento no CIP no será tan versátil cuando se trata de programación RSLogix / Studio 5000.
Sistemas PLC con capacidad de movimiento CIP
CompactLogix
Identificar un controlador compatible con CIP dentro de la familia CompactLogix es simple. El sufijo contendrá la letra "M" en el número de pieza.
- Ejemplo: 5069-L306ERM es un PLC con capacidad de movimiento CIP, mientras que el 5069-L306ER no lo es.
La lógica anterior se aplica a una amplia gama de PLC. A continuación encontrará varios ejemplos de PLC y el número de ejes que admiten.
- 1769-L18ERM | 2
- 1769-L30ERM | 4
- 1769-L33ERM | 8
Como se podría imaginar, el precio del PLC aumentará a medida que aumente el número de ejes soportados.
ControlLogix
Todos los PLC de la plataforma ControlLogix son capaces de movimiento CIP; Algunos tienen más ejes que otros. A diferencia de CompactLogix, no hay diferencia en el número de pieza debido a esa razón específica.
Servomotor - Periféricos
Hasta ahora, hemos cubierto los principales componentes de la plataforma Kinetix: variadores, motores y PLC. Sin embargo, hay una serie de periféricos que se requieren para que el hardware funcione más allá de lo que ya hemos cubierto. Estos incluyen conectores y cables patentados.
Debido a la naturaleza única de los servomotores y plataformas, es necesario instalar cableado que sea compatible con el accionamiento / motor. En ciertos casos, los controles de potencia y bajo voltaje se transmiten a través de un solo cable; en otros, se requieren dos cables. Aunque no es nuestra intención cubrir todas las variaciones de cables, es importante saber que tendrá que seleccionar el cable y el conector correctos para su par de unidades / motores.
Selección de un proceso de servomotor y periféricos
Paso 1 - Establecer los requisitos mecánicos
- Identifique dónde se utilizará el servomotor. Normalmente, un ingeniero mecánico dimensionará la aplicación.
- Si no está seguro, es posible comprar una unidad que sea compatible con un motor más grande (en caso de que tenga que ser ampliado).
Paso 2 - Elige el motor adecuado
- De la familia de motores Kinetix, seleccione el que sea apropiado para su aplicación.
- Nota: Rockwell ofrece una gama de servomotores especiales. Ej: los motores seguros para el lavado son los preferidos cuando se trabaja en un entorno alimentario y bev que estará expuesto al agua.
Paso 3 - Elige la unidad
- En función del motor que haya seleccionado en el "Paso 2", elija la unidad adecuada en función de las variaciones que describimos en la sección anterior.
- Nota: Además de elegir la unidad correcta, recomendamos que nuestros clientes dediquen tiempo a identificar las necesidades futuras. En otras palabras, podemos recomendarle que elija una plataforma de accionamiento que se pueda ampliar en función de las necesidades del sistema en el futuro.
Paso 4 - Elija periféricos (PLC / Cables / Conectores)
- Según el accionamiento y el motor, identifique el PLC que ejecutará los comandos de movimiento o elija uno para comprar.
- Identifique los cables y conectores necesarios para el sistema.
Conclusión sobre los servomotores
Los servomotores se utilizan en aplicaciones industriales donde se requiere precisión en el posicionamiento. Proporcionan un nivel de control que es imposible de lograr con cualquier otro tipo de motor. Sin embargo, tienen un costo premium y tiempo de integración.
Una plataforma de movimiento servo Allen Bradley es Kinetix. Kinetix ofrece una variedad de variadores y motores para un amplio número de aplicaciones diferentes. En función de las necesidades del cliente, un integrador de sistemas puede elegir el motor y el accionamiento adecuados.
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