Diagnosticar códigos de falla en un servoaccionamiento digital para doblado de tubos CNC

El software BendPro ofrece a los usuarios de servoaccionamientos digitales una vista en tiempo real de lo que sucede en la máquina, incluso de forma remota.

Recientemente, recibimos una llamada de un fabricante de piezas hidráulicas que estaba perdiendo un par de horas de producción en cada turno en una de sus dobladoras de tubos CNC: "¡Podemos procesar algunas piezas y luego tenemos una falla en el carro!"

La dobladora en cuestión es una máquina más antigua que se actualizó con un nuevo sistema de control BendPro G2 unos seis meses antes. La empresa reemplazó los antiguos servoaccionamientos y motores analógicos de la unidad por nuevos actuadores y servomotores digitales de Bosch Rexroth.

En una dobladora de tubos CNC, el movimiento (eje) de prácticamente todos los dispositivos se puede posicionar con precisión mediante servomotores, que están controlados por un servoaccionamiento. Un servoaccionamiento es un amplificador que convierte el voltaje eléctrico de la máquina en un voltaje controlado para mover con precisión un servomotor.

Un servomotor proporciona una señal al variador, que monitorea su velocidad y dirección. Para saber en qué dirección y a qué velocidad moverse, el sistema de control debe proporcionar información al variador. La mayoría de las dobladoras CNC tienen al menos dos servomotores y una máquina totalmente eléctrica puede tener 12 o más.

Cosa análoga. En un servosistema analógico, el sistema de control principal envía una señal analógica que dicta la velocidad y dirección del accionamiento. La señal puede ser analógica de bajo amperaje, pero los sistemas más comúnmente utilizados proporcionan un voltaje de comando, hasta 10 voltios CC positivos o hasta 10 voltios CC negativos (+/- 10 VCC). En teoría, si se aplica una señal de comando de cero voltios al variador, el eje debería estar estacionario. Si el sistema suministra +10 voltios, el variador debe moverse a toda velocidad en una dirección; si es -10 voltios, debería moverse a toda velocidad en la dirección opuesta; si es de 5 voltios, deberá moverse a la mitad de velocidad; etcétera.

El variador traduce cualquier voltaje de comando proporcionado a una velocidad y dirección relativas del eje. Luego, el variador monitorea ese voltaje para asegurarse de que el servomotor esté ejecutando la velocidad y dirección correctas.

También se proporciona información de posición y velocidad al sistema de control; el variador puede enviar una señal que emula la señal de retroalimentación del motor o puede haber un segundo codificador que monitorea los datos de posición del eje. El sistema de control utiliza esta retroalimentación para ajustar la señal de voltaje analógico para controlar con precisión el eje.

Los sistemas de accionamiento y control también deben tener algunas entradas y salidas adicionales para comunicarse entre sí el estado. El control enviará una señal de habilitación, indicando que está bien que el variador mueva el eje, y el variador proporcionará una señal de OK que le indica a la unidad de control que no ha encontrado ningún problema con sus sistemas internos o el motor.

Además, como medida de seguridad, cuando el sistema de control no está listo para moverse, generalmente evitará que el variador mueva un eje mediante el uso de un contactor para desconectar la fuente de alimentación principal del variador o proporcionar una interrupción entre el variador y el motor.

También se puede vincular una señal analógica adicional al variador para comunicar cuánta potencia disponible del motor se debe utilizar para realizar un movimiento.

Si se produce una falla en el variador durante el funcionamiento normal, la máquina se detendrá y aparecerá un mensaje indicando que uno de los ejes (en este caso, el eje Y) tiene fallas.

Debido a que todo esto tiene lugar a través de una serie de alambres y cables en la máquina y el gabinete de control, los sistemas analógicos son susceptibles al ruido eléctrico, que puede causar movimientos involuntarios en el eje. Un cable cortado o en cortocircuito también puede transmitir voltaje no deseado a las señales analógicas o impedir la retroalimentación de posición. En casos extremos, el eje puede salirse descontroladamente.

Al solucionar problemas de un sistema analógico, un técnico debe verificar las entradas, salidas y señales de comando con un voltímetro común. La mayoría de las unidades analógicas modernas tienen una pequeña pantalla que muestra un mensaje de estado que muestra el estado de la unidad. Podría ser un simple código de dos letras o una serie de símbolos y luces. La mayoría de los sistemas también mantienen un registro de fallas recientes.

Estos datos históricos pueden resultar muy valiosos para un técnico que solucione problemas en un sistema analógico. Para recuperar datos históricos, será necesario conectar una computadora directamente a la unidad y utilizar el software del fabricante.

Chris Brennan, ingeniero de controles de Current Tech (fabricante del software para doblar tubos BendPro), dijo: “Los variadores analógicos a menudo solo dan una señal genérica de falla del variador. Para investigar el fallo real, a menudo hay que abrir las puertas del armario de alto voltaje, algo que, por motivos de seguridad, generalmente no está permitido a los operadores”.

Digital. En un servosistema digital, el variador aún controla la velocidad y dirección del motor y recibe retroalimentación del motor que confirma que está ejecutando la velocidad y dirección correctas. Sin embargo, el comando del sistema de control y la retroalimentación del sistema de control se proporcionan a lo largo de una red de comunicación digital.

Los fabricantes de sistemas servo y de control han desarrollado diferentes protocolos y métodos para comunicarse entre dispositivos (por ejemplo, ProfiBUS, ModBUS, EtherCAT y SERCOS). Todos permiten la comunicación bidireccional entre el servovariador y el sistema de control, así como muchos otros dispositivos que puedan ser necesarios.

En un sistema digital, en lugar de enviar una señal de voltaje o amperaje por cable para comunicar la velocidad y la dirección al variador, el control esencialmente envía una señal que dice: "Muévase a esta posición, a esta velocidad", y el variador maneja el movimiento real del motor. La retroalimentación de posición y velocidad se proporciona al sistema de control a lo largo de la misma red digital miles de veces por segundo. Debido a que estos sistemas no dependen de una señal analógica, es mucho menos probable que permitan movimientos involuntarios debido a ruido eléctrico o un cable cortado o en cortocircuito, por lo que hay mucho menos riesgo de que el eje se descontrole.

Debido a que el variador está conectado a un sistema de comunicación digital, se puede transmitir mucha más información de un lado a otro, ya sea directamente al sistema de control o al software del variador. Durante el funcionamiento, el variador puede monitorear el motor en busca de datos críticos, como la velocidad del motor, la distancia escalada recorrida, la posición escalada real, la temperatura del motor y el torque requerido para realizar un movimiento.

Dependiendo del fabricante del variador y de los protocolos de comunicación utilizados, un técnico puede usar estos datos para solucionar múltiples problemas que suceden con un eje en particular e incluso puede probar el movimiento y el escalado del motor y del eje independientemente del sistema de control principal.

Normalmente, puede cargar el software del fabricante del variador directamente en el sistema de control. Si lo hace, un técnico puede acceder a todo el servosistema de forma remota a través del sistema de comunicación digital sin necesidad de una conexión directa al servovariador. Con una conexión remota a la máquina, un técnico puede monitorear el estado, el historial, el escalado y otros parámetros del sistema para determinar qué está causando un problema en particular. Con un operador local que controla el movimiento de la máquina, un técnico puede monitorear los datos en vivo desde el servosistema.

El mensaje de diagnóstico aquí indica que hay un problema con la señal del codificador. Con una conexión a Internet en la máquina, un técnico puede iniciar sesión y solucionar problemas de la dobladora de forma remota.

"Con las unidades digitales, es posible que el sistema de control lea y registre datos reales de fallas, lo que significa que la solución de problemas primarios del sistema podría ocurrir mucho más fácilmente, posiblemente sin la necesidad de abrir los gabinetes en absoluto", dijo Brennan.

En la dobladora que solo podía procesar unas pocas piezas antes de una falla del carro, un técnico de RbSA Industrial pudo iniciar sesión de forma remota en la PC de control que ejecutaba el software de control de la dobladora BendPro G2 y monitorear el carro mientras un operador local intentaba procesar las piezas. Generalmente, mientras se mueve un eje, BendPro monitorea su posición y velocidad, y el movimiento solo se permite si el eje permanece dentro de una determinada ventana de posición.

Finalmente, durante la producción, el control detuvo la dobladora de tubos y mostró un error de posición del eje Y (carro). Después de fallar de esta manera, la máquina podría reiniciarse y fabricar algunas piezas más, aparentemente sin problemas, antes de que volviera el mismo error.

Mientras estaba conectado al PC de control, el técnico también inició sesión en IndraWorks, un paquete de software de Bosch Rexroth que permite la conexión al servosistema a través de la red EtherCAT del sistema. Accedió a los datos históricos de fallas del variador y encontró una serie de fallas de sobrecorriente.

Como regla general, los servomotores están clasificados para funcionar con un par específico a velocidades de motor específicas, y esto es controlado y monitoreado por el variador. El motor debe poder funcionar indefinidamente hasta al 100% de su par nominal. Sin embargo, un servomotor también se puede operar durante períodos cortos de tiempo con un par más alto para que pueda proporcionar ráfagas breves de potencia adicional durante ciertas operaciones (por ejemplo, para acelerar, mantener la velocidad y desacelerar). Si el motor requiere más del 100% de torque durante demasiado tiempo, el sistema de transmisión consumirá demasiada corriente eléctrica, lo que puede dañar el variador o el motor. Antes de que esto suceda, el variador detendrá el movimiento del eje y se pondrá en estado de falla.

Mientras el operador continuaba intentando hacer funcionar las piezas y el técnico monitoreaba de forma remota, hubo varias fallas de error de posición más, pero después de varios minutos, en lugar de un error de posición, BendPro mostró una falla en el eje Y. El variador había fallado y comunicó ese estado de falla al control. Una revisión rápida en el software IndraWorks confirmó que nuevamente se trataba de una condición de sobrecorriente, como se había registrado en el historial de fallas. El software indicó que se requería que el motor usara demasiado torque durante demasiado tiempo.

Mientras monitoreaba el porcentaje de torque, el operador movió el carro hacia adelante y hacia atrás a lo largo de la máquina usando el modo manual y la palanca de control en el control y vio que (como se esperaba) el torque excedía brevemente el 100% de la tolerancia nominal durante la aceleración y desaceleración. Luego, después de varios movimientos a lo largo de toda la máquina, el par aumentó más del 200%, y no sólo durante la aceleración sino también durante el movimiento sin carga. Eso finalmente recreó la falla de sobrecorriente.

Al final resultó que, uno de los cojinetes lineales sobre los que se desplaza el carro había fallado y estaba provocando que el motor trabajara mucho más de lo debido para posicionar el tubo para la siguiente curva, a veces retrasándose lo suficiente respecto de su posición esperada como para causar el control para detener la máquina con un error de posición. A su vez, eso a veces causaba que el variador detuviera la máquina por una falla de sobrecorriente, evitando daños al motor.

Afortunadamente, el departamento de mantenimiento del fabricante tenía un rodamiento disponible y pudo identificar y reemplazar el rodamiento defectuoso. La máquina volvió a estar en plena producción unos 20 minutos más tarde.

Con Indraworks de Bosch Rexroth AE, un técnico puede acceder de forma remota a un variador, así como a su estado actual y su historial de fallas, sin que nadie abra un gabinete eléctrico.