Máquinas Modulares

¿Por qué construir máquinas modulares?

La idea central de la modularidad en la ingeniería mecánica es dividir las máquinas complejas en módulos para que puedan ser ensambladas individualmente con un número cada vez mayor de partes idénticas.  La combinación de estos módulos cubre la variación de los tipos de máquinas. Gracias a las economías de escala que se consiguen con ello, las máquinas modulares pueden fabricarse de forma más rápida y rentable. Además, pueden ponerse en funcionamiento más rápidamente y ampliarse con mayor flexibilidad.

Se necesitan interfaces normalizadas para garantizar que las unidades puedan combinarse de manera fácil y rápida. Entre ellas figuran las interfaces mecánicas, pero también las necesarias para la transmisión de energía, la comunicación y, si es necesario, el aire comprimido. La modularidad no es una característica que pueda definirse con un sí o un no categóricos. En cambio, va de una modularidad baja a una absoluta.

La automatización descentralizada promueve la modularización

La modularización consistente no es posible con el cableado punto a punto en el gabinete de control central. Estas estructuras centrales dificultan la sustitución de un módulo o la ampliación de una máquina. Los módulos de las máquinas requieren estructuras autónomas. Éstas pueden implementarse en pequeñas cajas de control "in situ" en el módulo con componentes IP20.

Máquina modular de varias partes con componentes de E/S descentralizados IP67.

Los módulos de E/S descentralizados IP67 facilitan la interconexión y minimizan los costes de cableado

Sin embargo, el cableado y la instalación suelen ser más complejos que en el caso de los componentes con clase de protección IP67, que pueden montarse directamente en la máquina sin ninguna protección adicional. Sin embargo, si ciertos componentes no tienen la clase de protección IP67 o si se aplican requisitos especiales en relación con el diseño higiénico, la conformidad con los alimentos o la resistencia química, las soluciones IP20 en la carcasa de protección suelen ser esenciales.

Los componentes de automatización IP67 facilitan la interconexión de los módulos. Los componentes de E/S descentralizados para el montaje directamente en el campo permiten recoger las señales directamente en el punto de generación en el módulo y acoplarlas de módulo a módulo a través de una conexión Ethernet, y todo ello sin un gabinete de control. Esto reduce los costes de instalación y acorta los tiempos de puesta en marcha en las instalaciones del cliente final.

Conceptos de seguridad descentralizados

Las aplicaciones que requieren una automatización segura también pueden planificarse y aplicarse en una estrategia de diseño modular. Con el mismo concepto de suministro de energía y datos, cualquier señal de seguridad de los sensores o interruptores de parada de emergencia puede recogerse de forma fácil y eficiente.

El diseño muestra la estructura esquemática de una aplicación de seguridad con HMI, líneas de conexión de Ethernet, iconos para las funciones de seguridad y módulos de E/S para conectarlas.

Los módulos de seguridad controlan las funciones de seguridad de cada módulo mientras que el HMI/PLC controla la aplicación estándar

Las funciones de seguridad también pueden ser controladas de manera descentralizada por los controladores de seguridad IP67 directamente en los módulos. Esto evita largos tiempos de ciclo para los controles de seguridad centralizados, lo que a la larga permite reducir las distancias de seguridad en la máquina. Encontrarás más ventajas de las soluciones de seguridad descentralizadas en nuestra página de tecnología sobre seguridad de las máquinas.

Video: Cómo las máquinas modulares permiten más flexibilidad

La modulación de soluciones de control

La modularización consecuente también requiere que las diferentes funciones de control se transfieran al módulo de la máquina. Estas funciones pueden realizarse desde sistemas de E/S con controladores lógicos integrados o desde PLCs compactos reales. Ambos tipos de productos, los módulos E/S y los controladores, pueden diseñarse con un grado de protección IP20 en las cajas de control o en versiones IP67 para su montaje directamente en el campo. En este caso, la versión IP67 sin armario de control ofrece claras ventajas en cuanto a cableado y flexibilidad. La lógica de seguridad reubicada en el módulo de E/S puede ofrecer ventajas adicionales, como la rápida ejecución de las funciones de seguridad o una arquitectura de seguridad global más rentable, ya que no se requiere un control de seguridad central ni una CPU-F.

Los controladores in situ se comunican con controladores de nivel superior o HMI para fines de control, documentación o visualización. La selección de la solución de control adecuada depende del tipo y las dimensiones de la máquina. Esto significa que se pueden evitar las soluciones de control sobredimensionadas. El trabajo para el usuario sigue siendo mínimo, mientras que la eficiencia de la máquina aumenta. Dado que el módulo lógico in situ preprocesa los datos, sólo es necesario transferir la información pertinente del proceso a los controladores de nivel superior. 

Reubicación de la inteligencia al nivel de campo

La reubicación de la inteligencia en el campo debe ser mapeada en el departamento de ingeniería del lado del software. Los módulos de la máquina procesan las entradas de los módulos adyacentes como un sistema autónomo y determinan sus acciones sobre esta base. Dependiendo de la complejidad de un módulo, esto puede lograrse con componentes de E/S con funciones lógicas o mediante PLCs de campo. Sólo la información necesaria para el módulo adyacente se transfiere entonces en la interfaz entre dos módulos de máquina.

un gráfico triangular de la pirámide de automatización en cinco capas; centro: el gráfico triangular con las funciones de la máquina como iconos; derecha: las funciones de la máquina están conectadas libremente entre sí

La inteligencia descentralizada rompe las rígidas estructuras de la pirámide de automatización convencional

La reubicación de las características del software puede ofrecer muchos beneficios:

  • Libera la carga del enlace de comunicación principal
  • Libera la carga del control principal - e incluso puede reemplazarlo completamente
  • Pruebas de módulos antes de la puesta en marcha y el enlace
  • TLa integración de módulos de terceros se facilita por el hecho de que el control central puede permanecer sin cambios
  • Una simple expansión de la planta

Cuanto más consistentemente se modulen las máquinas y se descentraliza la inteligencia, más se empieza a desestabilizar la estructura rígida de la pirámide de automatización. Las jerarquías se vuelven más transparentes, particularmente en los niveles de sensores/actuadores y E/S y control.

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