Control de presión neumática de precisión para robótica y aplicaciones industriales

El control preciso de la presión mediante sensores neumáticos es crucial en diversas aplicaciones de robótica y control industrial. Para garantizar un funcionamiento fiable, los presostatos deben tener una excelente resistencia a la sobrepresión y al vacío y deben incluir una célula de medición insensible a líquidos o depósitos.

Además de un funcionamiento preciso y sólido, la flexibilidad de la aplicación es una característica clave que puede agilizar la instalación inicial y admitir cambios de configuración, lo que permite la personalización masiva en la Industria 4.0.

El monitor debe incluir una pantalla de fácil lectura para comprobar rápidamente el estado, salidas programables para alarmas y configuración y funcionamiento locales mediante pulsadores integrados. IO-Link es necesario para la transferencia de datos digitales para la monitorización y configuración remota del proceso. En algunas instalaciones, tener una salida analógica es beneficioso.

La compatibilidad con múltiples configuraciones de montaje garantiza la compatibilidad con una amplia gama de diseños de sistemas.

Este artículo presenta la serie PQ de presostatos de precisión de ifm Efector (ifm) y detalla cómo satisfacen las diversas necesidades de los sistemas neumáticos y de aire comprimido en una amplia gama de aplicaciones industriales y robóticas.

Interfaz de usuario

La interfaz visual es una característica clave de la serie PQ. Incluye una pantalla TFT en color de 1", LEDS de punto de conmutación e interruptores para cambiar la pantalla y ajustar los parámetros. El principal valor de proceso medido es la presión, y puede mostrarse en varias unidades, como bar, psi o kPa. El nivel de vacío también puede representarse como un porcentaje del punto de consigna.

La pantalla puede mostrar el punto de consigna de configuración (SP) y el punto de reposición (rP) de las salidas digitales. Los puntos de conmutación se señalizan mediante LED. Para los modelos con una salida analógica, la pantalla se puede utilizar para establecer y mostrar el punto de inicio analógico (por ejemplo, 4 mA) y el punto final (por ejemplo, 20 mA) para escalar la señal. La interfaz de usuario incluye varios elementos (Figura 1):

1. El LED de estado de conmutación se ilumina si la salida 1 está activa
2. El LED de estado de conmutación se ilumina si la salida 2 está activa
3. Elementos de visualización TFT:
   1. Estado del dispositivo
   2. Valor del proceso. La pantalla puede cambiar de un color estándar (verde) a un color alternativo (rojo), lo que aclara visualmente cuándo el valor del proceso entra o sale de un rango aceptable.
   3. Información de diagnóstico y rendimiento, como el número de ciclos de conmutación y la presión más baja o más alta registrada. En la figura 2, Hi.P indica el valor más alto medido para la presión.
4. Teclas de configuración de la pantalla y de parametrización

Figura 1: Diseño de la interfaz de usuario de la serie PQ. (Fuente de la imagen: ifm)

La serie PQ está disponible con y sin salida analógica configurable. Los modelos PQS, como el PQS812, tienen dos salidas digitales, mientras que los modelos PQC, como el PQC812, cuentan con una salida analógica configurable además de las dos salidas digitales. La salida analógica de los modelos PQC puede utilizarse para enviar una señal proporcional.

Los diseñadores de maquinaria y automatización pueden seleccionar dispositivos con rangos de medición específicos. El PQS812 y el PQC812 tienen rangos de medición de -1 bar a 10 bar (-100 kPa a 1,000 kPa, -14.5 psi a 145 psi). Los modelos PQS816 y PQC816 están diseñados para aplicaciones de baja presión y vacío, con rangos de medición de -1 a 1 bar (-100 a 100 kPa, -14.5 a 14.5 psi). Las aplicaciones que sólo requieren medición de vacío pueden utilizar el PQS819 y el PQC819, que presentan rangos de medición de -1 bar a 0 bar (-100 kPa a 0 kPa, -14.5 psi a 0 psi).

El tratamiento del aire comprimido es una operación habitual en los sistemas neumáticos. Es el proceso de eliminación de contaminantes, como humedad, aceite y suciedad, del aire comprimido para proteger los equipos neumáticos, garantizar la fiabilidad del sistema y mantener la calidad del producto.

La serie PQ es especialmente adecuada para sistemas de tratamiento de aire comprimido, ya que la célula de medición de silicio recubierta y sellada mantiene su rendimiento en presencia de aire contaminado con agua, polvo o aceite.

Las aplicaciones de sujeción por vacío son un uso habitual de los sensores de presión de la serie PQ. Estas aplicaciones pueden incluir múltiples efectores de recogida. El cambio de color rojo/verde de la pantalla proporciona a los operarios una visualización rápida de los valores de proceso de cada recogida (Figura 2).

Figura 2: Diagrama de los presostatos de la serie PQ utilizados en una aplicación de ventosas de vacío, que muestra una ventosa con un vacío demasiado bajo (pantalla roja). (Fuente de la imagen: ifm)

Versatilidad de aplicaciones

Los sensores de presión PQ Cube son adecuados para una gran variedad de aplicaciones neumáticas, como el envasado de alimentos y bebidas, las máquinas paletizadoras industriales y la fabricación de electrodomésticos, entre otras.

En las operaciones de alimentación y bebidas, los cierres de los envases se colocan mediante una pinza de vacío. En estas máquinas de envasado, la clasificación IP65 es una característica importante. Indica que el sensor está protegido contra chorros de agua a baja presión procedentes de cualquier dirección.

Para lograr un rendimiento óptimo, los sensores de las máquinas de envasado de alimentos y bebidas deben colocarse lo más cerca posible de la pinza de vacío, utilizando mangueras de longitudes cortas. Esto sitúa el sensor en la zona de limpieza de la máquina, sometiéndolo a pulverizaciones de agua y productos químicos de limpieza que el PQ Cube maneja fácilmente sin pérdida de rendimiento ni fiabilidad.

La tecnología de pinzas de vacío también es un elemento clave de las máquinas paletizadoras robotizadas. Los sensores neumáticos PQ Cube determinan con precisión y rapidez si se dispone de vacío suficiente para sujetar una caja. Solo cuando la caja esté correctamente agarrada, la máquina la colocará en posición en el paletizador (Figura 3).

Figura 3: Paletizadora que muestra la posición de los sensores PQ Cube (cuadro central). El sensor de la izquierda tiene un indicador rojo que señala un estado fuera de especificación. (Fuente de la imagen: ifm)

Los electrodomésticos de línea blanca, como los lavavajillas, pueden tener docenas o incluso miles de variaciones de modelo en cuanto a tamaño, forma, color y características tecnológicas. Con una variedad tan amplia de componentes, el uso de pinzas de vacío es necesario para garantizar una producción eficaz y sin problemas.

La pinza debe accionarse con una presión de proceso específica para asegurar los componentes delicados sin dañarlos, y luego colocarlos y soltarlos rápidamente durante el montaje. El tiempo de respuesta de 6 ms y la alta precisión de los sensores PQ Cube son características importantes en estas aplicaciones robóticas.

Estas máquinas suelen utilizar dos cubos PQ. Uno para la colocación de componentes y otro para una unidad de mantenimiento que controla la presión global del sistema neumático y alimenta dos estaciones de montaje robotizadas.

Construir la máquina a medida

La flexibilidad de aplicación de los sensores PQ se extiende a la construcción de máquinas. El dispositivo puede instalarse en paneles utilizando el kit de montaje E30574. El adaptador de montaje en pared E30576 es otra opción, al igual que el kit de montaje en riel DIN E30575.

El sensor también puede montarse en un panel sin kit de montaje mediante dos tornillos cilíndricos. Para ello, primero se atornillan los tornillos cilíndricos en el panel y, a continuación, se coloca el aparato encima y se bloquea hacia abajo.

Eso no es todo. La conexión de ambas conexiones de proceso a tuberías permite utilizar los sensores PQ como distribuidores neumáticos sin necesidad de adaptadores adicionales. En otras aplicaciones, el uso de una de las dos conexiones del sensor permite una instalación flexible en una tubería, lo que permite un control preciso de la presión con la conexión no utilizada cerrada por un tapón de sellado.

A medida que se instalan las máquinas con sensores PQ, los técnicos pueden utilizar el asistente de instalación para agilizar el proceso. El asistente puede implementarse en el dispositivo mediante los botones integrados. Está disponible en nueve idiomas y explica paso a paso el proceso de configuración e instalación mediante una serie de preguntas. La instalación también puede realizarse mediante IO-Link.

IO-Link aumenta la productividad

IO-Link permite la conectividad digital más allá de la máquina a buses de campo de nivel superior, acelera la instalación y puesta en marcha de máquinas nuevas o sensores PQ de repuesto, y admite cambios de configuración en máquinas existentes, así como la supervisión y el diagnóstico centralizados del rendimiento.

En las conexiones IO-Link se utiliza un cable de sensor/actuador estándar de 3 hilos. El PQ Cube se conecta con un maestro IO-Link, que proporciona conectividad de nivel superior, normalmente a través de un protocolo Ethernet industrial, a dispositivos como controladores lógicos programables (PLC) e interfaces hombre-máquina (HMI), incluidos monitores de pantalla plana.

IO-Link mejora el rendimiento de los dispositivos de la serie PQ al permitir una comunicación digital robusta, proporcionar datos de alta resolución y admitir diagnósticos más avanzados. En lugar de depender de las señales analógicas tradicionales o de la interfaz de E/S estándar (SIO), IO-Link proporciona mayor precisión y fiabilidad (Figura 4). SIO es la capacidad básica para funcionar como un sensor de conmutación binaria.

Figura 4: Ejemplo de comunicación SIO e IO-Link en el pin 4. (Fuente de la imagen: ifm)

La memoria interna de estos sensores puede almacenar horas de funcionamiento y hasta 20 eventos, como picos de presión que superen un umbral definido por el usuario. Además, la temperatura del sistema puede transmitirse junto con los valores de presión y proceso, lo que permite un mantenimiento predictivo.

El software moneo de ifm permite configurar y ajustar a distancia los parámetros de los sensores. En el caso poco probable de que falle un dispositivo, el software moneo puede transferir automáticamente la configuración necesaria al sensor de sustitución, minimizando el tiempo de inactividad.

Conclusión

Los sensores PQ Cube de ifm presentan una construcción sólida, un funcionamiento sencillo, opciones de comunicación versátiles y una instalación flexible, lo que los hace ideales para una amplia gama de aplicaciones neumáticas. Tienen tiempos de respuesta rápidos, alta precisión y funciones avanzadas necesarias en los sistemas de automatización y robótica de la Industria 4.0.

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