Serie MELSEC-FX. Controladores lógicos programables. Introducción al posicionamiento con sistemas PLC de la familia MELSEC-FX. Manual introductorio

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1 MITSUBISHI ELECTRIC Serie MELSEC-FX Controladores lógicos programables Introducción al posicionamiento con sistemas PLC de la familia MELSEC-FX Manual introductorio N. de art.: Version B MITSUBISHI ELECTRIC INDUSTRIAL AUTOMATION Comprobación de versión

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3 Manual introductorio Introducción al posicionamiento con sistemas PLC de la familia MELSEC-FX Versión Modificaciones / añadidos / correcciones A 05/2011 pdp - ab B 10/2012 pdp - cki Consideración de las unidades base PLC de la serie MELSEC-FX3G

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5 En torno a este manual Los textos, figuras, diagramas y ejemplos contenidos en este manual sirven exclusivamente para la ilustración, el manejo, la programación y el empleo de los controladores lógicos programables de las series MELSEC FX1S, FX1N, FX2N, FX2NC, FX3G, FX3U y FX3UC. si se le presentaran dudas acerca de la programación y la operación de los dispositivos descritos en este manual, no dude en ponerse en contacto con su oficina de ventas o con su vendedor autorizado (ver el reverso de la cubierta): En Internet puede encontrar usted tanto informaciones actuales como respuestas a preguntas frecuentemente planteadas (www.mitsubishi-automation.es). La empresa MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V se reserva el derecho de realizar en todo momento modificaciones técnicas en este manual sin previo aviso. 01/2009 MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V.

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7 Indicaciones de seguridad Indicaciones de seguridad Indicaciones generales de seguridad Destinatarios Este manual está dirigido exclusivamente a electricistas profesionales reconocidos que estén familiarizados con los estándares de seguridad en automatización La proyección, la instalación, la puesta en servicio, el mantenimiento y el control de los dispositivos tienen que ser llevados a cabo exclusivamente por electricistas profesionales reconocidos que estén familiarizados con los estándares de seguridad de la tecnología de automatización. Manipulaciones en el hardware o en el software de nuestros productos que no estén descritas en este manual pueden ser realizadas únicamente por nuestros especialistas. Empleo reglamentario Los módulos de la serie MELSEC FX1S, FX1N, FX2N, FX2NC, FX3G, FX3U y FX3UC han sido diseñados exclusivamente para los campos de aplicación que se describen en este manual de instrucciones. Hay que respetar la totalidad de los datos característicos indicados en el manual Los productos han sido desarrollados, fabricados, controlados y documentados en conformidad con las normas de seguridad pertinentes. Siempre que se observen las prescripciones de manejo y las indicaciones de seguridad descritas relativas a la proyección, el montaje y el funcionamiento reglamentario, en casos normales del producto no se deriva peligro alguno ni para personas ni para cosas. Manipulaciones en el hardware o en el software por parte de personas no cualificadas, así como la no observancia de las indicaciones de advertencia contenidas en este manual o colocadas en el producto, pueden tener como consecuencia graves daños personales y materiales En combinación con los controladores lógicos programables de la familia MELSEC-FX sólo se permite el empleo de los dispositivos adicionales o de ampliación recomendados por MITSUBISHI ELECTRIC. Todo empleo o aplicación distinto o más amplio del indicado se considerará como no reglamentario. Normas relevantes para la seguridad Al realizar trabajos de proyección, instalación, puesta en servicio, mantenimiento y control de los dispositivos, hay que observar las normas de seguridad y de prevención de accidentes vigentes para la aplicación específica Hay que observar especialmente las siguientes normas (sin pretensión de exhaustividad): Normas VDE VDE 0100 Normas para la instalación de redes de fuerza con una tensión nominal hasta 1000 V VDE 0105 Servicio de redes de fuerza VDE 0113 Instalaciones eléctricas con equipos electrónicos VDE 0160 Instalaciones eléctricas con equipos electrónicos VDE 0550/0551 Normas para transformadores VDE 0700 Requisitos de seguridad eléctrica para aparatos electrodomésticos y análogos VDE 0860 Normas de seguridad para dispositivos de red y sus accesorios para el uso doméstico y análogos. Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX I

8 Indicaciones de seguridad Normas para la prevención de incendios Normas para la prevención de accidentes VBG n 4: Instalaciones y equipos eléctricos Indicaciones de peligro A continuación se recoge el significado de cada una de las indicaciones: PELIGRO: P Significa que existe un peligro para la vida y la salud del usuario en caso de que no se tomen las medidas de precaución correspondientes. ATENCIÓN: E Representa una advertencia de posibles daños del dispositivo o de otros valores materiales en caso de que no se tomen las medidas de precaución correspondientes. II

9 Indicaciones de seguridad Indicaciones generales de peligro y medidas de seguridad La siguientes indicaciones de peligro han de entenderse como directivas generales para sistemas PLC en combinación con otros dispositivos. Es estrictamente necesario tenerlas en cuenta al proyectar, instalar y poner en servicio la instalación electrotécnica. Indicaciones especiales de peligro para el usuario PELIGRO: P Hay que observar las normas de seguridad y de prevención de accidentes vigentes en cada caso concreto. El montaje, el cableado y la apertura de los módulos, elementos constructivos y dispositivos tienen que llevarse siempre a cabo estando éstos libres de tensión. Los módulos, elementos constructivos y dispositivos tienen que instalarse dentro de una carcasa que los proteja contra el contacto y con una cobertura y dispositivo de protección adecuados En el caso de dispositivos con una conexión de red fija, hay que montar un seccionador de red omnipolar y un fusible en la instalación del edificio. Compruebe regularmente que los cables y líneas unidas a los dispositivos no tienen defectos de aislamiento o roturas. Si se detectara un fallo en el cableado, hay que cortar inmediatamente la tensión de los dispositivos y del cableado y sustituir el cableado dañado. Antes de la puesta en servicio hay que asegurarse de que el rango de tensión de red permitido concuerda con la tensión de red local. Tome las medidas necesarias para poder retomar un programa interrumpido después de intrusiones y cortes de la tensión. No deben poder producirse estados peligrosos de servicio, tampoco por un tiempo breve. Según DIN VDE 0641 parte 1-3, los dispositivos de protección de corriente de defecto no son suficientes si se emplean como única protección para contactos indirectos en combinación con controladores lógicos programables. Para ello hay que tomar otras medidas de protección diferentes u otras medidas adicionales. Los dispositivos de PARADA DE EMERGENCIA según EN60204/IEC 204 VDE 0113 tiene que ser efectivos en todos los modos de servicio del PLC. Un desbloqueo del dispositivo de PARADA DE EMERGENCIA no debe dar lugar a ninguna puesta en marcha incontrolada o indefinida. Hay que tomar las medidas de seguridad pertinentes tanto de parte del software como del hardware para que una rotura de línea o de conductor no pueda dar lugar a estados indefinidos en el control. Al emplear los módulos hay que prestar atención siempre a la estricta observancia de los datos característicos para magnitudes eléctricas y físicas. Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX III

10 Indicaciones de seguridad Indicaciones para evitar daños producidos por descargas electrostáticas Los módulos los grupos constructivos pueden resultar dañados por las cargas electrostáticas transmitidas por el cuerpo humano a los componentes del PLC. Al manipular el PLC hay que observar las indicaciones siguientes: ATENCIÓN: E Toque un objeto de metal con puesta a tierra para descargar la electricidad estática antes de tocar módulos del PLC. Lleve guantes aislantes siempre que toque un PLC conectado, por ejemplo al realizar el control visual durante el mantenimiento. En caso de que haya una humedad relativa del aire baja ni debe llevarse ropa de fibra sintética, ya que ésta se carga mucho electrostáticamente. IV

11 Símbolos empleados en el manual Símbolos empleados en el manual Uso de las indicaciones Las indicaciones que remiten a informaciones importantes vienen caracterizadas de forma especial y se representan del modo siguiente: INDICACIÓN Texto de la indicación Empleo de ejemplos Los ejemplos están caracterizados de forma especial, y se representan como se indica a continuación: Ejemplo Texto de ejemplo Empleo de numeraciones en las figuras Las numeraciones de las figuras se representan mediante números blancos dentro de un círculo negro, y se explican en la tabla que viene a continuación: p.ej. Empleo de las instrucciones de actuación Las instrucciones de actuación son una serie de pasos para la puesta en servicio, el manejo, el mantenimiento y similares que es necesario realizar conforme a la secuencia indicada. Los pasos se numeran de forma continua (números negros dentro de un círculo blanco). Texto. Texto. Texto. Empleo de notas a pie en las tablas Las indicaciones en las tablas se explican en forma de notas a pie debajo de la tabla (números elevados). En el lugar correspondiente de la tabla hay entonces un signo de nota a pie (número elevado). Si hay varias notas a pie para una misma tabla, se numeran de forma continua debajo de la tabla (números negros elevados dentro de un círculo blanco): Texto Texto Texto Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX V

12 Símbolos empleados en el manual VI

13 Contenidos Contenidos 1 Aspectos básicos del posicionamiento 1.1 Qué es posicionamiento? Actuadores para el posicionamiento Sistema neumático Motor frenado Unidad de embrague/frenado Motor paso a paso Servosistema DC Variador estándar con motor estándar Servosistema AC Métodos de posicionamiento Regulación de velocidad Regulación deposición Posicionamiento con el sistema servo AC 2.1 Ventajas de un servosistema AC Ejemplos de un servosistema AC Avance constante Roscado con macho Perforación en una placa de acero Mesa de posicionamiento circular Dispositivo de elevación con movimiento ascensional y descensional Control de un carro de transporte Robot de manipulación Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos 3.1 Módulo de posicionamiento Control mediante pulsos de valor consigna Ajustes de los parámetros básicos Marcha al punto cero / Marcha al punto de referencia Servoamplificador y servomotor Control mediante pulsos de valor consigna Contador para la comparación entre valor real y valor consigna Bloqueo servo Resistencia de frenado y unidad de frenado Freno motor dinámico Mecanismo de accionamiento Fundamentos para la determinación de la carrera de desplazamiento Determinación de la posición de destino Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX VII

14 Contenidos 4 Empleo de la serie FX para el posicionamiento 4.1 Posicionamiento con un PLC de la serie FX Sinopsis de los PLCs Rangos importantes de memoria Ejemplos de programa Control con variadores de frecuencia Principio del control Empleo de las series FX2N(C), FX3U(C) con variadores de frecuencia Ejemplo de programa Posicionamiento con el módulo FX2N-1PG-E Introducción Direcciones importantes de memoria buffer Ejemplo de programa Posicionamiento con el módulo FX2N-10PG Introducción Direcciones importantes de memoria buffer Ejemplo de programa Posicionamiento con el módulo FX2N-10/20GM Introducción Posicionamiento con el FX2N-20GM mediante un lenguaje de programación especial Funciones de comprobación y de monitorización Posicionamiento con el módulo FX3U-20SSC-H Introducción Puesta en funcionamiento del módulo FX3U-20SSC-H con software de aplicación Funciones de comprobación y de monitorización Direcciones importantes de memoria buffer Ejemplo de programa Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX VIII

15 Qué es posicionamiento? Aspectos básicos del posicionamiento 1 Aspectos básicos del posicionamiento 1.1 Qué es posicionamiento? Los componentes principales de un sistema de automatización industrial son PLC (controlador lógico programable), módulos de posicionamiento y unidades de control. El módulo de posicionamiento representa un papel primordial. Este dispositivo ha sido perfeccionado una y otra vez cada vez más durante muchos años mediante mejoras permanentes por ingenieros mecatrónicos. El posicionamiento implica movimiento y asocia la rapidez con la precisión. Cuanto más rápido tienen lugar los movimientos, tanto mayor es la productividad de una línea automatizada de producción. Aquí es donde se requiere una combinación de alta precisión con un movimiento simultáneamente rápido. A menudo, un aumento de la velocidad trae consigo una detención imprecisa en la posición deseada. Para poder solventar este problema se han desarrollado módulos de posicionamiento especializados para diferentes tareas de posicionamiento. El aumento de la productividad de una planta de producción representa la obtención de más productos dentro del mismo espacio de tiempo. De este modo es posible ahorrar los costos de otras plantas que dejan de ser necesarias, así como los costos asociados con el mantenimiento y conservación de la misma y con la superficie de producción. Si en una instalación no hay nunca problemas con el posicionamiento, ello puede deberse a que éste no funciona con la suficiente efectividad y a que existe aún potencial para un aumento de la producción. Este es el punto de partida para mejorar el sistema de control optimizándolo para estas tareas. Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 1-1

16 Aspectos básicos del posicionamiento Actuadores para el posicionamiento 1.2 Actuadores para el posicionamiento El diseño de un sistema de posicionamiento depende del tipo de actuador empleado. Un actuador es un dispositivo mecánico que mueve y supervisa un elemento único o un número establecido de elementos. Junto con un actuador se emplean a menudo sensores que registran el movimiento y la posición de una pieza. Las siguientes figuras muestran ejemplos de diversas posibilidades de accionamiento, de su aplicación y de sus puntos débiles Sistema neumático Características y desventajas Se requiere aire comprimido que tiene que ser distribuido por medio de un sistema de tuberías de alta calidad Par motor limitado Un posicionamiento en varios puntos puede lograrse sólo con gran esfuerzo Cambio costoso de posiciones Tubería Cilindro de aire comprimido Fig. 1-1: Esquema del sistema neumático Pieza Compresor da.eps Motor frenado Características y desventajas Sencillo mecanismo de posicionamiento Mala precisión de retorno Cambio costoso de posiciones (Empleando sensores ópticos o interruptores para la posición de parada) Fig. 1-2: Esquema del motor frenado Motor frenado Interruptor de fin de carrera da.eps 1-2

17 Actuadores para el posicionamiento Aspectos básicos del posicionamiento Unidad de embrague/frenado Características y desventajas Es posible un posicionamiento frecuente Duración limitada del disco de embrague Cambio costoso de posiciones (Empleando sensores ópticos o interruptores para la posición de parada) Engranaje reductor Dispositivo de dosificación Fig. 1-3: Esquema del freno de embrague Unidad de embrague/frenado Sensor óptico Motor da.eps Motor paso a paso Características y desventajas Sencillo mecanismo de posicionamiento Salto de pasos de motor con altas cargas Reducida potencia del motor Posición imprecisa a alta velocidad Fig. 1-4: Esquema del motor paso a paso Control Motor paso a paso da.eps Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 1-3

18 Aspectos básicos del posicionamiento Actuadores para el posicionamiento Servosistema DC Características y desventajas Posicionamiento exacto Trabajo de mantenimiento para las escobillas del motor No son posibles altas velocidades Fig. 1-5: Esquema del servosistema DC Servoamplificador DC Servomotor DC da.eps Variador estándar con motor estándar Características y desventajas Posicionamiento con velocidad variable mediante contador rápido Posicionamiento inexacto Sin fuerte par motor al poner en marcha (Un par motor mayor es posible sólo con un variador especial) Dispositivo de elevación Motor con Fig. 1-6: Esquema del variador estándar con motor estándar Variador estándar da.eps 1-4

19 Actuadores para el posicionamiento Aspectos básicos del posicionamiento Servosistema AC Características y desventajas Posicionamiento exacto Libre de mantenimiento Dirección de posicionamiento fácil de ajustar Alto rendimiento con reducidas dimensiones Fig. 1-7: Esquema del servosistema AC Cuchilla Rollo de papel Servomotor AC Servoamplificador AC da.eps Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 1-5

20 Aspectos básicos del posicionamiento Métodos de posicionamiento 1.3 Métodos de posicionamiento Por principio, existen dos maneras de controlar una pieza: Regulación de velocidad y regulación de posición Para tareas de posicionamiento sencillas resulta suficiente una regulación de velocidad por medio de un variador con motor estándar. Cuando los requerimientos a la precisión de posicionamiento son mayores, la única opción es un servosistema con un procesamiento mejorado de pulsos de comandos Regulación de velocidad Aplicación e interruptores de fin de carrera En la trayectoria de la pieza hay montados dos interruptores de fin de carrera. La velocidad del motor se reduce al pasar el primer interruptor de fin de carrera. Al pasar el segundo interruptor de carrera, el motor se desconecta y se activa el freno para detener la pieza. El sistema de posicionamiento puede construirse para esta aplicación de forma económica sin PLC y sin módulos de posicionamiento. Valor orientativo para la precisión de la posición de destino: Aproximadamente ±1,0 5,0 mm (El valor orientativo rige para bajas velocidades después del primer interruptor de fin de carrera de mm/s.) Motor inductivo Pieza Freno B IM Husillo roscado de bolas Interruptor de fin de carrera para el cambio a velocidad reducida Variador INV Interruptor de fin de carrera para detener Alta velocidad DC 0 10 V Velocidad reducida Recorrido da.eps Fig. 1-8: Esquema de aplicación con interruptores de fin de carrera 1-6

21 Métodos de posicionamiento Aspectos básicos del posicionamiento Aplicación con contador de pulsos En el motor o en el eje que gira hay montado un generador de pulsos (encoder) para el registro de la posición actual. Los pulsos del encoder son registrados por un contador de alta velocidad. Cuando el contador alcanza el estado del valor de posición especificado (valor nominal), se detiene la pieza. Con esta aplicación es posible modificar fácilmente la posición de destino, ya que no se emplea ningún interruptor de fin de carrera. Valor orientativo para la precisión de la posición de destino: Aproximadamente ±0,1 0,5 mm (El valor orientativo rige para bajas velocidades de mm/s.) Realimentación de pulsos Motor inductivo Pieza PLG IM Husillo roscado de bolas Generador de pulsos Variador INV DC 0 10 V Alta velocidad Controlador lógico programable PLC Velocidad reducida Módulo de contador de alta Recorrido da.eps Fig. 1-9: Esquema de aplicación con contador de pulsos En sistemas de regulación de velocidad que emplean un variador, la precisión de la posición de destino no es muy alta. En un sistema con interruptores de fin de carrera, el controlador no recibe confirmación acerca de la posición de destino de la pieza. La aplicación con contador de pulsos permite una velocidad variable. La posición de destino puede determinarse dependiendo del trayecto deseado teniendo en cuenta la característica de frecuencia de la señal del generador de pulsos retornada del motor como estado de contador (valor de consigna). Si se desea desplazar la pieza a velocidades diferentes, debido a la reacción demorada a la señal de parada y debido a la marcha en inercia del motor empeora la precisión de la posición de destino tanto en la aplicación con interruptores de fin de carrera como en la aplicación con contador de pulsos. Para la detención automática de una pieza accionada mediante motor, emplee siempre una señal de posición de un interruptor de fin de carrera o de un recuento comparativo. Por lo general, hay que activar al mismo tiempo también un freno. Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 1-7

22 Aspectos básicos del posicionamiento Métodos de posicionamiento Debido a la marcha en inercia del motor, la pieza se desplaza un poco más allá de la posición de destino. El trayecto recorrido debido a la marcha en inercia es indefinido y aparece marcado en gris en el siguiente diagrama temporal. Velocidad Fig. 1-10: Diagrama temporal Trayecto debido a la marcha en inercia Señal de parada Tiempo Parada 1200b0da.eps La reducción demorada de la velocidad después de la señal de parada se representa a continuación. El rango de dispersión de la demora depende de la velocidad de la pieza. Velocidad Comienzo demorado de la reducción de velocidad Fig. 1-11: Diagrama temporal Rango de dispersión del punto de tiempo de parada Señal de parada Parada Tiempo Parada 1200c0da.eps A menudo no resulta suficiente la precisión de la posición de detención al parar desde la velocidad de funcionamiento. El medio más sencillo para aumentar la precisión de posicionamiento consiste en reducir la velocidad de funcionamiento. Aunque, si bien es cierto, con ello se reduce también la producción de la máquina. Una medida más efectiva es la reducción de la velocidad poco antes de alcanzar la posición de parada, tal como se representa en el siguiente diagrama temporal. Con ello se mantiene prácticamente la producción de la máquina, al tiempo que se gana precisión de posicionamiento. Velocidad Alta velocidad Demora temporal Mala precisión de posicionamiento Velocidad Alta velocidad Baja velocidad Precisión de posicionamiento mejorada Señal de parada Tiempo Parada Señal para la reducción de la velocidad Tiempo Parada Señal de parada 1200d0da.eps Fig. 1-12: Diagrama temporal 1-8

23 Métodos de posicionamiento Aspectos básicos del posicionamiento Regulación deposición Aplicación con pulsos de valor de consigna En la regulación de posición con pulsos de valor de consigna, la unidad de accionamiento es un servomotor AC que gira proporcionalmente con respecto al número de los pulsos de entrada. El número de pulsos que se corresponde con el trayecto de desplazamiento es procesado por un servoamplificador, que a su vez controla el servomotor AC. De este modo, el posicionamiento a alta velocidad tiene lugar proporcionalmente con respecto a la frecuencia de pulsos. Valor orientativo para la precisión de la posición de destino: Aproximadamente ±0,01 0,05 mm (El valor orientativo rige para bajas velocidades de mm/s.) Realimentación de pulsos Servomotor Pieza PLG SM Husillo roscado de bolas Generador de pulsos Servoamplificador Controlador lógico programable PLC Módulo de posicionamiento Recorrido 1200a0da.eps Fig. 1-13: Esquema de aplicación con pulsos de valor de consigna Los puntos débiles previamente descritos de la regulación de velocidad son mejorados considerablemente por medio de este sistema con servoamplificadores y pulsos de valor de consigna. En el servomotor hay montado un encoder que registra el valor actual del giro del motor (trayectoria o carrera de la pieza) y se lo transmite al mismo tiempo al servoamplificador. De este modo, el servoamplificador desplaza la pieza de forma continua a alta velocidad hasta la posición de destino. Este sistema elimina efectos tales como marcha en inercia del motor y reacción demorada a señales de parada, de manera que se mejora sustancialmente la precisión de posicionamiento. Además, gracias al PLC resultan superfluos los interruptores de fin de carrera y los recuentos de pulsos. Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 1-9

24 Aspectos básicos del posicionamiento Métodos de posicionamiento 1-10

25 Ventajas de un servosistema AC Posicionamiento con el sistema servo AC 2 Posicionamiento con el sistema servo AC 2.1 Ventajas de un servosistema AC Con un servosistema AC, el posicionamiento tiene lugar de diferentes maneras. Típicamemente, para un sistema tal se requieren un módulo de posicionamiento, un servoamplificador y un servomotor. La figura siguiente muestra esa configuración. Servoamplificador Alimentación de tensión estándar Rectificador Circuito intermedio Inversor Servomotor AC DC DC DC AC SM Pulsos de valor consigna Comparación valor consigna/ real Valor consigna velocidad Regulación de corriente PWM (modulación de duración de pulsos) Supervisión de corriente Módulo de posicionamiento Realimentación de pulsos PLG Encoder El módulo de posicionamiento genera un número específico de pulsos para la marcha a la derecha (o a la izquierda) del motor con una frecuencia específica. Del número de pulsos de valor consigna se resta el número de los pulsos realimentados. A partir de la desviación resultante se genera el nuevo valor de velocidad para el servomotor (número acumulado de pulsos). El servomotor se detiene con un número acumulado de pulsos de "0". En el eje del servomotor hay montado un encoder (generador de pulsos). El encoder genera los pulsos a alta velocidad, por lo que es apropiado para la supervisión de posición da.eps Fig. 2-1: Diagrama de bloques de un servosistema AC En los sistemas servo AC de la última generación se han mejorado las características siguientes: Los sistemas servo actuales son completamente digitales. Pueden adaptarse mediante parámetros a las más diversas condiciones mecánicas y eléctricas del sistema de automatización. Por ello está asegurada la sencillez de su puesta en funcionamiento. El reducido momento de inercia y el mayor par de giro de los motores permiten condiciones de empleo frecuentemente cambiantes. Por ello es posible un empleo variable del sistema en un gran número de instalaciones. Nuestros sistemas servo están equipados con la función "Auto-Tuning". Con esta función se registra automáticamente el momento de inercia del sistema y se ajustan correspondientemente los factores de ganancia. Esta corrección es posible también cuando se desconoce el momento de inercia. Se ha mejorado el control del servoamplificador a través de los impulsos de valor de consigna del módulo de posicionamiento en relación a la precisión de sincronización y a la precisión de velocidad y de posicionamiento. Los nuevos sistemas son menos sensibles a las interferencias, permiten un cableado a través de largas distancias y el cableado requerido es menor. Las ventajas principales de un servosistema AC son: Compacto y ligero Robusto en el empleo Fácil de manejar Económico en el funcionamiento En un sistema de automatización, un sistema compacto y ligero ahorra espacio para el montaje. Para el empleo en rudas condiciones ambientales hacen falta sistemas robustos. Los servosistemas AC son más fáciles de manejar que las soluciones hidráulicas. También pueden adaptarse más fácilmente a nuevos requerimientos. Un servosistema AC permite ahorrar a largo plazo costos de ingeniería. Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 2-1

26 Posicionamiento con el sistema servo AC Ejemplos de un servosistema AC 2.2 Ejemplos de un servosistema AC Posicionamiento consiste en desplazar un objeto, por ejemplo una pieza o una herramienta (taladro, cuchilla), de un punto a otro y detenerlo allí entonces de forma eficaz y precisa. Esto significa, dicho con otras palabras, que la velocidad ha de ser controlada en relación con la posición de destino de manera que la diferencia entre la posición de parada (posición real) y la posición de destino deseada (posición de valor consigna) sea lo más reducida posible. Además, otro importante requerimiento consiste en poder ajustar la posición de destino de forma sencilla y flexible. A continuación se representan diversas posibilidades de posicionamiento con un servosistema AC Avance constante Descripción En procesos para punzonar, cortar etc., el material es fijado y trabajado. Para ello, el material por procesar es puesto en posición con una alta precisión recurrente para obtener siempre un producto del mismo tamaño después de cortar. Prensa principal de fijación Fig. 2-2: Ejemplo de avance constante Enrollador Avance por rodillos da Roscado con macho Descripción Al perforar una rosca tienen lugar repetidamente los siguientes procesos: Avance rápido Avance para el roscado con macho Retorno rápido al punto de partida Pieza Fig. 2-3: Ejemplo para roscado con macho M Macho de roscar Carro Correa dentada Polea de transmisió M Motor de avance Avance rápido Retorno rápido Avance de corte Husillo roscado de bolas da.eps 2-2

27 Ejemplos de un servosistema AC Posicionamiento con el sistema servo AC Perforación en una placa de acero Descripción Para el procesamiento de una superficie plana resulta necesario el posicionamiento exacto por medio de dos motores. Un motor mueve la mesa de trabajo en la dirección X, y el otro en la dirección Y. Posición de taladrado Taladro Fig. 2-4: Ejemplo de una mesa XY Pieza Eje X Eje Y Mesa XY Motor eje X M M Motor eje Y da.eps Mesa de posicionamiento circular Descripción Las posiciones de una mesa de posicionamiento circular están indexadas. Las posiciones indexadas se determinan desde fuera por medio de interruptores digitales o internamente a través de un programa. Mesa de posicionamiento circular Fig. 2-5: Ejemplo de una mesa de posicionamiento circular Accionamiento helicoidal Servomotor da.eps Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 2-3

28 Posicionamiento con el sistema servo AC Ejemplos de un servosistema AC Dispositivo de elevación con movimiento ascensional y descensional Descripción Con un dispositivo de elevación vertical, sobre el motor actúa una fuerza negativa. Por esta razón se emplea aquí una unidad de frenado opcional. Para que el elevador se detenga en la posición superior y no descienda debido a la fuerza de la gravedad, el eje del servomotor es bloqueado por un freno electromagnético de parada. Fig. 2-6: Ejemplo de una dispositivo de elevación Servoamplificador Elevador Unidad de frenado opcional Servomotor da.eps Control de un carro de transporte Descripción En el carro de transporte hay montado un servomotor para el accionamiento. Una cremallera o algo similar evita el deslizamiento entre las ruedas y el carril. Carro de transporte Fig. 2-7: Ejemplo de un carro de transporte controlado Rueda de accionamiento (presente en ambos lados) da.eps 2-4

29 Ejemplos de un servosistema AC Posicionamiento con el sistema servo AC Robot de manipulación Descripción Después de que la cinta de transporte se ha detenido, el servosistema compuesto de dos ejes deposita la pieza sobre la paleta con una pinza elevadora. Las diferentes posiciones de depositado de la pieza sobre la paleta pueden programarse a voluntad. Además, las posiciones de depositado pueden ajustarse fácilmente cuando las dimensiones de la paleta son diferentes. Dirección Y Cabezal de desplazamiento Servomotor para accionar el brazo deslizante Fig. 2-8: Ejemplo de un robot de manipulación Brazo deslizante Dirección X Paleta Brazo en el eje vertical (cilindro de aire comprimido) Pieza Cinta de transporte Servomotor para accionar el cabezal de desplazamiento da.eps Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 2-5

30 Posicionamiento con el sistema servo AC Ejemplos de un servosistema AC 2-6

31 Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos 3 Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos Un sistema de posicionamiento consta de diferentes componentes, como por ejemplo el módulo de posicionamiento, el servomotor y los dispositivos mecánicos. En esta sección se describe la función de los diferentes componentes. El diagrama de bloques del comienzo muestra la relación que tienen unos con otros los componentes fundamentales de un sistema de posicionamiento. Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 3-1

32 0 6 Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos Módulo de posicionamiento Transmite al servoamplificador la velocidad de posicionamiento y la carrera de desplazamiento en forma de impulsos de valor de consigna. Transmite señales entre los controladores programables. Controla el retorno al punto cero (marcha al punto cero). Conexión de red AC Interruptor automático Choque intermedio Filtro antiparasitario Contactor magnético Filtro de red Conexión de potencia Interruptor de aproximación (DOG) En algunas versiones, los interruptores de fin de carrera se conectan al módulo de posicionamiento Módulo de posicionamiento Circuito de potencia Rectificador Circuito intermedio Supresión de interferencias a través de la conexión de red e irradiación de alta frecuencia Protección del circuito de potencia Transistor de frenado Servoamplificador Inversor Freno dinámico de motor Controlador Valor de consigna de posición Parámetros Control de marcha al punto cero Pulsos de valor de consigna AC DC DC DC AC Multiplicador de pulsos (Engranaje electrónico) Comparación Valor consigna /real Valor consigna velocidad Regulación Control PWM (modulación de corriente de duración de pulsos) R Retorno de corriente Servo preparado Borrar contador N de revoluciones en parada (PGO) Retorno de pulsos 10 0 Servoamplificador Interruptor de modos de funcionamiento Unidades de mando Generador de pulsos manual Elementos de mando para el módulo de posicionamiento para la selección del modo de funcionamiento, como funcionamiento manual o automático, inicio/parada, marcha al punto cero, marcha manual a la derecha y a la izquierda y generador de pulsos manual. 0 El servoamplificador transforma la tensión alterna de la entrada del circuito de potencia en una tensión continua y la aplana en el circuito intermedio. Por medio del inversor, la tensión continua es convertida en una corriente alterna con modulación de duración de pulsos (PWM), la cual acciona el servomotor. La modulación viene regulada por medio del circuito de control. El comparador cuenta los pulsos de valor de consigna del módulo de posicionamiento y forma la diferencia (número acumulado de pulsos) con respecto a los pulsos de valor real retornados del encoder. La corriente del servomotor es transformada ahora hasta que el número acumulado de pulsos alcanza el valor "0" da.eps Fig. 3-1: Componentes del sistema de posicionamiento (1) 3-2

33 Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos Servomotor El servomotor tiene tiempos de reacción breves y es óptimamente apropiado para tareas de posicionamiento. Al arrancar tiene ya un alto par de giro, ofrece su par de giro máximo en un amplio rango, y permite una velocidad variable de 1/1 o mayor (1/ /5 000). Si el portapiezas se mueve sobre el interruptor de fin de carrera (LS), el motor se detiene Servomotor Con motor de alto rendimiento: Ventilador de refrigeración Interruptor de fin de carrera (LS) Interruptor de aproximación (DOG) Portapiezas Interruptor de fin de carrera (LS) SM Servomotor Engranaje Husillo roscado de bolas PLG Encoder (generador de pulsos) Cuando sea preciso: Freno electro magnético de parada Componentes adicionales, como soporte, taladro y cilindro Sensores, unidad de accionamiento, componentes adicionales Herramienta manual de programación Ordenador personal La unidad de accionamiento se compone de engranaje, correa dentada, husillo roscado de bolas e interruptor de fin de carrera. Los componentes adicionales necesarios se integran en el proceso de posicionamiento. El PLC o el módulo de posicionamiento puede controlar también los componentes adicionales. La señal que indica la finalización del ciclo de función de los componentes adicionales puede ser evaluada también por el PLC o por el módulo de posicionamiento. Unidad de ajuste/visualización Con la unidad de ajuste y de visualización se crean programas para el módulo de posicionamiento, se llevan a cabo ajustes y se visualizan los datos de funcionamiento da.eps Fig. 3-1: Componentes del sistema de posicionamiento (2) Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 3-3

34 Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos Módulo de posicionamiento 3.1 Módulo de posicionamiento El módulo de posicionamiento se ajusta por medio de parámetros y envía instrucciones de posicionamiento al servoamplificador por medio de un programa Control mediante pulsos de valor consigna Para módulos de posicionamiento de la familia MELSEC-FX hay dos métodos para el control del servoamplificador mediante pulsos de valor consigna: Método PLS/DIR (cadena de pulsos/dirección) Método FP/RP (pulsos de marcha a la derecha/a la izquierda) Cada uno de los métodos emplear dos salidas del módulo de posicionamiento para el control del servoamplificador. Además existe el control de fases A y B, que se emplea para determinar la dirección de giro de señales que se solapan. Método PLS/DIR Con el método PLS/DIR, se envía a través de una salida una señal de cadena de pulsos al servoamplificador, mientras que la otra salida determina la dirección de giro. Marcha a la derecha Marcha a la izquierda Fig. 3-2: Secuencia temporal Salida 1: Tren de pulsos H L Salida 2: Dirección de giro H L ON OFF da.eps "ON" y "OFF" es el estado de salida estático del módulo de posicionamiento. "H" y "L" indican el estado HIGH y LOW de una forma de curva. La representación de los pulsos de valor consigna en el diagrama temporal se basa en un cableado en lógica negativa. Método FP/RP Con el método FP/RP-, una de las salidas entrega al servoamplificador los pulsos de valor consigna para la marcha a la derecha, y la otra salida los pulsos de valor consigna para la marcha a la izquierda. Salida 1: Salida 2: Tren de pulsos para marcha a la derecha (FP) Tren de pulsos para marcha a la izquierda (RP) Marcha a la derecha H L H L OFF Marcha a la izquierda OFF Fig. 3-3: Secuencia temporal da.eps "ON" y "OFF" es el estado de salida estático del módulo de posicionamiento. "H" y "L" indican el estado HIGH y LOW de una forma de curva. La representación de los pulsos de valor consigna en el diagrama temporal se basa en un cableado en lógica negativa. 3-4

35 Módulo de posicionamiento Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos Ajustes de los parámetros básicos El módulo de posicionamiento envía una serie de pulsos en forma de cadena de pulsos al servoamplificador. Con ello se genera la carrera del avance como número proporcional de pulsos. La velocidad de avance viene determinada por el número de pulsos por segundo. Carrera La carrera de desplazamiento viene determinada por la dirección de destino. La dirección de destino marca para el servoamplificador el trayecto hasta qué punto ha de ser desplazada la pieza. Si el encoder del servomotor tiene una resolución de 8192 pulsos por revolución, una determinación de valor de consigna de 8192 pulsos tiene como efecto entonces que el servomotor girará exactamente una revolución. Velocidad de avance la velocidad de avance determina el trayecto de la pieza por unidad temporal. Si el encoder del servomotor tiene una resolución de 8192 pulsos por revolución y el motor debe girar una vez por segundo, entonces la frecuencia de los pulsos de valor consigna tiene que ser de 8192 pulsos/segundo. Una reducción de la frecuencia de pulsos de valor consigna tiene como efecto una velocidad menor del motor, en tanto que una mayor frecuencia aumentará la velocidad. Tiempo de aceleración / de desaceleración Después de aplicar la señal de inicio, el motor es acelerado, de lleva a cabo el desplazamiento a la posición deseada, y se desacelera de nuevo. El tiempo para las fases de aceleración y de desaceleración viene determinado por medio de parámetros. Velocidad Ajuste de parámetros: Velocidad máx. Fig. 3-4: Transcurso temporal de la aceleración y de la desaceleración Velocidad del posicionamiento Aktuell Ajuste de parámetros Tiempo de aceleración Ajuste de parámetros Tiempo de desaceleración Actual da.eps Marcha al punto cero / Marcha al punto de referencia En muchos sistemas de posicionamiento hay un punto o posición cero, también denominado "home position", al que retorna la pieza después de las diversas operaciones de desplazamiento. Por esta razón, muchos módulos de posicionamiento o servoamplificadores disponen de la función de marcha al punto cero. Por regla general, el punto cero mecánico viene determinado por un interruptor de aproximación (DOG). Para entender esta función es necesario saber cuándo se emplea la marcha al punto cero dependiendo de los ajustes de los parámetros del servoamplificador y del tipo del encoder del servomotor. Encoder incremental del servomotor (recuento de pulsos) Si el servomotor está equipado con un encoder incremental o relativo, el valor de dirección guardado actualmente en el módulo de posicionamiento se pierde cuando se desconecta el sistema. Esto significa que con cada reconexión del sistema el valor de dirección está puesto a cero, y que la posición en la que se encuentra actualmente el portapiezas es considerada entonces como punto cero. Como el punto de salida del portapiezas ya no se corresponde con el punto cero real, las posiciones adoptadas ahora por el posicionamiento ya no serían correctas. Por esta razón, después de conectar el sistema es necesaria la calibración del portapiezas con respecto a la posición cero mecánica, para lo cual sirve la marcha al punto cero. Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 3-5

36 Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos Módulo de posicionamiento Sistema de reconocimiento de posición de valor absoluto El sistema de reconocimiento de posición de valor absoluto emplea un encoder de valor absoluto. Con un ajuste de parámetros correspondiente se activa el reconocimiento de posición de valor absoluto y una batería en el servoamplificador sirve para guardar de forma duradera los datos de posición. En esta configuración los datos de la posición actual no se pierden aunque se desconecte el sistema. La ventaja consiste en que la marcha al punto cero sólo tiene que llevarse a cabo una única vez con la primera puesta en funcionamiento del sistema, ya que los datos de punto cero ya no se pierden después de la desconexión. INDICACIÓN Con la marcha al punto cero no se produce un desplazamiento a una dirección física de punto cero. En lugar de ello se lleva a cabo un desplazamiento en una dirección establecida hasta que se alcanza el interruptor de aproximación (DOG) en la posición de punto cero. Este punto es tomado entonces como dirección física de punto cero. Ejemplo Marcha al punto de cero mediante interruptor de aproximación (DOG) Durante la marcha de punto cero, la pieza pasa sobre el extremo delantero del interruptor de aproximación (punto delantero de respuesta) y el motor es desacelerado a velocidad lenta. Al alcanzar el extremo posterior (punto trasero de respuesta) se desconecta la señal del interruptor de aproximación, el motor se detiene con la siguiente señal de posición, se activa la señal de borrado "CLEAR", y la posición es aceptada como dirección de punto cero. La dirección del punto cero determinada mediante parámetros tiene por regla general el valor "0". Después de concluida la marcha al punto cero, se sobrescribe el valor de dirección con el valor de punto cero actual en el registro del módulo de posicionamiento. Como este valor de referencia no tiene que tener siempre el valor "0", esta función es denominada también marcha al punto de referencia. En el módulo de posicionamiento se ajustan mediante parámetros la dirección de la marcha al punto cero, la dirección (local) de la marcha al punto cero, la velocidad, el tiempo de desaceleración y la velocidad lenta. Tiempo de desaceleración Velocidad lenta Velocidad marcha a la posición cero Interruptor de aproximación activado Fig. 3-5: Secuencia temporal de la marcha al punto cero mediante interruptor de aproximación (DOG) Punto cero Posición de partida Interruptor de aproximación Dirección de la marcha al punto cero Portapiezas Portapiezas Punto delantero de respuesta Punto trasero de respuesta Señal de borrado (CLEAR) bda.eps El interruptor de aproximación tiene que estar dispuesto de manera que su punto trasero de respuesta se encuentre entre dos señales de punto cero consecutivas (1 pulso por revolución del motor). En este ejemplo, la distancia entre el punto trasero y el delantero de respuesta del interruptor de aproximación tiene que ser menor que la carrera que se necesita para la desaceleración del motor. 3-6

37 Módulo de posicionamiento Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos Búsqueda del interruptor de aproximación (DOG)/Búsqueda del punto cero En algunos sistemas PLC es posible buscar el interruptor de aproximación cuando este ha sido sobrepasado ya durante el posicionamiento. Con ello, el portapiezas se desplaza hasta que responde el interruptor de fin de carrera, invierte la dirección de desplazamiento, retorna pasando de nuevo sobre el punto cero, invierte de nuevo la dirección de desplazamiento y busca ahora el interruptor de aproximación. Interruptor de fin de carrera Interruptor de aproximación Fig. 3-6: Secuencia temporal de la búsqueda del interruptor de aproximación Posición de partida Punto cero Retorno da.eps Posicionamiento con sistemas PLC de la serie FX 3-7

38 Componentes del sistema de posicionamiento y función de los mismos Servoamplificador y servomotor 3.2 Servoamplificador y servomotor El servoamplificador controla la carrera y la velocidad en correspondencia con los pulsos de valor de consigna del módulo de posicionamiento. El servomotor acciona entonces el mecanismo acoplado al eje del motor Control mediante pulsos de valor consigna Los pulsos de valor consigna del módulo de posicionamiento son transformados por el circuito de potencia del servoamplificador en una corriente con modulación de duración de pulsos que acciona el servomotor. La información relativa a la velocidad y a la dirección de giro del motor es transmitida al servoamplificador mediante los pulsos de realimentación del encoder Contador para la comparación entre valor real y valor consigna El contador de comparación de valor real/valor consigna determina la diferencia entre los pulsos de valor de consigna y los pulsos de valor real realimentados. Esa diferencia es conocida también como 'pulsos acumulados". Al operar la máquina con velocidad constante, el número de pulsos acumulado es aproximadamente constante. Durante la fase de aceleración o de desaceleración, el número de pulsos acumulado cambia más. La posición de destino ha sido alcanzada cuando el número de pulsos acumulado es igual o menor que el valor predeterminado. El servoamplificador deja de recibir pulsos de valor consigna y envía la señal "En posición" (posicionamiento concluido). El servomotor sigue funcionando aún hasta que el número de pulsos acumulados adopta el valor "0". El tiempo entre la salida de la señal "En posición" a la parada del servomotor es denominado "demora de detención". Velocidad Velocidad nominal Velocidad del motor Pulsos acumulados El número de pulsos acumulados es 0. El proceso de posicionamiento ha concluido Demora de detención Tiempo da.eps Fig. 3-7: Secuencia temporal 3-8

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