Beckhoff New Automation Technology
Para que un pedido en línea llegue en perfectas condiciones, es fundamental que el paquete esté bien protegido durante el envío. CMD Corp., con sede en Appleton (Wisconsin, EE. UU.), ha desarrollado un sistema de producción de bolsas de correo diseñado para satisfacer las exigencias del dinámico sector del comercio electrónico. La tecnología de control de Beckhoff integra todas las estaciones a lo largo de la línea en un flujo de trabajo optimizado, independientemente de si se trata de un funcionamiento intermitente o continuo.
CMD concibe la automatización flexible y los resultados repetibles como factores imprescindibles en la industria del envasado. A fin de satisfacer estos requisitos, este proveedor OEM explora constantemente nuevas tecnologías para aplicarlas a sus soluciones altamente personalizadas de transformación de plásticos. CMD hace así honor a su nombre, acrónimo de Custom Machinery Design (diseño personalizado de maquinaria).
La empresa empezó por diseñar una nueva máquina de envasado por correo para un contratista fabricante del sector del comercio electrónico. Era prioritaria una máquina de alto rendimiento con una interfaz de operador intuitiva, según señala Scott Fuller, gerente de línea de productos de movimiento intermitente en CMD. «Esta nueva máquina es mucho más rápida y está más automatizada, algo fundamental para nuestro cliente final», afirma Fuller. El cliente final producirá bolsas para minoristas en línea, principalmente para enviar artículos de comercio electrónico en envases de plástico. El cliente necesitaba algo más: bolsas compatibles con sistemas de carga automática de productos.
Automatización de alto nivel
En el nuevo proceso de conversión armonizado, la máquina 1400-GEC desenrolla dos rollos de película, registra la impresión en esos dos rollos y aplica un sellado longitudinal continuo. A continuación, hace pasar las bobinas por una serie de perforadoras y selladoras transversales, corta el material en hasta cinco carriles de bolsas individuales, según las especificaciones del pedido, y realiza perforaciones para facilitar la separación. Antes de cargar las bolsas terminadas en cajas, listas para su uso según las especificaciones del cliente, el sistema lleva a cabo una prueba a la vista mientras sopla aire en el extremo abierto de la bolsa y mide su perfil de forma.
«Esta máquina incorpora procesos de automatización totalmente nuevos. Pasa de movimiento continuo a movimiento intermitente y de nuevo a continuo en la salida, mientras ejecuta diversas tareas en cada fase», explica Scott Fuller. «Eso la diferencia de las máquinas que hemos diseñado hasta ahora».
El soporte de toda esta funcionalidad en tiempo real requería un sistema de control con una considerable potencia de procesamiento. Además, el equipo de desarrollo tuvo que afrontar plazos de entrega muy ajustados en este proyecto. Era esencial terminar en el plazo previsto y, al mismo tiempo, ofrecer una solución fiable y que funcionara sin problemas.
Potentes herramientas de programación
Como plataforma de ingeniería y tiempo de ejecución de extremo a extremo, el software de automatización TwinCAT combina todo, desde PLC y control de movimiento hasta seguridad integrada e IoT. Al programar la nueva interfaz de operador, TwinCAT HMI permitió a CMD aprovechar los modernos estándares de diseño web, como HTML5, JavaScript y CSS. La interfaz sensible resultante aumenta la facilidad de uso con una HMI más intuitiva.
A la hora de programar el control de la máquina con TwinCAT, CMD se ha beneficiado de la estrecha colaboración con los expertos en software del equipo de proyectos especiales (SPT) de Beckhoff. El marco del SPT se fundamenta sobre estándares industriales como ISA-TR88 y PackML y las bibliotecas asociadas en TwinCAT. Simplifica la programación de la comunicación entre máquinas individuales dentro de una línea de producción. La ventaja para los programadores es que no ya tienen que empezar de cero en cada proyecto, sino que pueden reutilizar el código existente o adaptarlo fácilmente a nuevos requisitos.
Eficacia en toda la línea
Un PC embebido CX2033 sirve como controlador único de la máquina para toda la línea. Un procesador AMD Ryzen™ de doble núcleo ofrece amplias capacidades de rendimiento al controlador montado en carril DIN de Beckhoff, con espacio para futuras ampliaciones. «Si se trabaja con un sistema de recursos limitados, la HMI reacciona lentamente al control táctil. Por eso, instalar un servidor HMI en un CX2033, que ofrece amplios recursos informáticos, permite que el panel táctil funcione con gran capacidad de respuesta», explica el ingeniero de software Adam Benson, de CMD.
En Acopladores EtherCAT EK1914, se integra la comunicación a lo largo de toda la línea con E/S digitales estándar y de seguridad. Además de terminales EtherCAT para señales estándar, los segmentos de E/S de las distintas estaciones también incluyen terminales TwinSAFE para la seguridad funcional. De este modo, CMD puede asignar cómodamente funciones de seguridad, como la parada de emergencia, a cada herramienta de la línea de máquinas.
El alto nivel de sincronización que ofrece EtherCAT también ha mejorado la potente tecnología de accionamiento de Beckhoff en la aplicación de movimiento intensivo de CMD. La máquina incorpora el servosistema multieje AX8000 y servomotores AM8000 para controlar catorce ejes. «Los accionamientos AX8000 son muy compactos para la potencia que suministran», afirma Jason Plutz, ingeniero eléctrico de CMD. «Además, al utilizar la función Safe Torque Off integrada, eliminamos dos grandes contactores, lo que se traduce en un importante ahorro de espacio en el panel».
CMD aprovechó el control de movimiento por levas del software TwinCAT 3 con dos de los ejes de la máquina de envasado de bolsas. El abridor de bolsas, situado inicialmente en la sección de movimiento intermitente, se reubicó aguas abajo para mejorar la eficacia mediante la funcionalidad de levas. Mediante una extrapolación del procesamiento continuo de la banda, el abridor de bolsas se leva con precisión para conseguir el movimiento deseado en el momento justo.
Un posicionamiento óptimo para el futuro
Al aprovechar el marco de software de Beckhoff, CMD aumentó la reutilización de su código hasta el 90 %. El uso de la HMI de TwinCAT también ayudó al equipo a crear una interfaz de operador más intuitiva, para un nivel excepcional de personalización. «La nueva interfaz de operador se parece a nuestra HMI anterior, pero presenta un diseño mucho más limpio y fácil de usar», afirma el ingeniero de software Adam Benson.
El funcionamiento de toda la máquina con un PC embebido CX2033 conectado en red EtherCAT ha acelerado los tiempos de ciclo de CMD. «Escanear todo a alta velocidad es una gran ventaja. No hay que preocuparse por la comunicación entre estaciones de proceso que funcionan a velocidades diferentes, porque todo se actualiza al mismo tiempo», explica Jason Plutz. Así, el equipo de CMD ha alcanzado su objetivo de producción de 200 pies (aprox. 60 m) de lámina de plástico por minuto. Esto supone 100 bolsas por minuto por carril, lo que se traduce en un impresionante total de entre 300 y 500 bolsas producidas cada minuto. Los terminales de E/S EtherCAT y E/S TwinSAFE empleados a lo largo de la línea también han contribuido a reducir al mínimo el espacio ocupado por la máquina.
De cara al futuro, el equipo de CMD tiene la intención de ampliar el CX2043 con una CPU AMD Ryzen™ de cuatro núcleos para obtener una potencia de control de máquinas aún mayor. La gama casi infinita de PC industriales de Beckhoff está diseñada para la escalabilidad, lo que permite realizar ajustes de rendimiento sin necesidad de reingeniería.
