La digitalización de la generación de vacío permite el mantenimiento predictivo de sistemas de manipulación robóticos

Piab ha actualizado su producto estrella —la serie de eyectores de vacío piCOMPACT®— para que sea compatible con la funcionalidad de la Industria 4.0. Permitir la conectividad entre dispositivos a través de IO-Link, agregar sensores para recopilar información valiosa del proceso y analizarla mediante inteligencia integrada hace que la manipulación por vacío no solo sea más inteligente sino al mismo tiempo más segura. Habilitar el mantenimiento predictivo fue un factor clave para este desarrollo, porque aumenta la vida útil y productiva de la máquina, acelera el proceso de mantenimiento y reduce los costes.

El mantenimiento predictivo generalmente se define como la supervisión del rendimiento y el estado del equipo durante el funcionamiento normal. Ello lleva implícito que ya no es suficiente proporcionar sencillamente eyectores de vacío altamente eficientes, fiables y lo suficientemente pequeños como para integrarlos. Los eyectores de vacío que alimentan sistemas de agarre robóticos como ventosas, garras de Foam, etc. para aplicaciones de recogida y colocación comunes, por ejemplo, en talleres de prensas automotrices, son la interconexión entre la unidad de agarre y el robot y pueden proporcionar información sobre ambos lados para garantizar el correcto funcionamiento del sistema. Al digitalizar su producto estrella a una versión inteligente, el equipo de I + D de Piab, por lo tanto, puso mucho énfasis en dar soporte a los requisitos de mantenimiento predictivo para aumentar la competitividad de sus clientes. El eyector piCOMPACT®23 SMART combina tecnologías innovadoras para mantener los sistemas operativos al máximo nivel posible.

La conectividad permite la comunicación con otros dispositivos y la nube a través de IO-Link. Con independencia del fieldbus, IO-Link es un desarrollo más de la actual tecnología de conexión probada para sensores y actuadores. Ofrece el ajuste automatizado de los parámetros y permite a los operarios leer y escribir parámetros para diferentes funciones incluso durante el funcionamiento. Tal grado de visión general del proceso en tiempo real significa que muchos problemas potenciales pueden ser resueltos antes de que tengan un impacto real sobre la producción. La posibilidad de diagnóstico del sistema permite identificar y corregir problemas de manera más rápida y sencilla. Ello tiene el potencial de mejorar enormemente la productividad. Uno de los factores clave que hay detrás de esta capacidad de diagnóstico es que, contrariamente a la tecnología convencional, IO-Link ofrece una función de almacenamiento de datos. Ello permite a los operarios establecer rápidamente si un dispositivo o una operación pueden haber fallado, y por qué, durante, por ejemplo, el turno de noche. Permite identificar la causa de un fallo; quizás haya que reemplazar un dispositivo defectuoso o la culpa pueda ser simplemente de una mala conexión eléctrica. Además, si se conecta un nuevo dispositivo de sustitución idéntico, los parámetros del dispositivo anterior se transfieren automáticamente, lo cual supone un gran ahorro de tiempo de instalación.

El análisis de Big Data requiere mediciones de varias características para generar la información que se pueda analizar y utilizar para la optimización del sistema. Los sensores permiten la recogida de información que puede usarse para mejorar la productividad y reducir el tiempo de inactividad, lo cual facilita la monitorización del estado y el mantenimiento predictivo. Esto condujo a la incorporación de varios sensores al sistema que miden características de funcionamiento directas del eyector de vacío para la detección rápida de posibles problemas operativos como fugas en el sistema o un mal funcionamiento del eyector para permitir el mantenimiento predictivo. Los usuarios pueden establecer puntos desencadenantes y cuando los datos se desvían y superan dicho punto de activación, ello es indicativo de que pronto será necesario realizar el mantenimiento. Esto permite la preparación, el intercambio de solo unos pocos componentes, y evita paradas imprevistas de la línea de producción.

Por ello, el equipo de I + D de Piab decidió equipar piCOMPACT®23 SMART directamente con varios sensores de diagnóstico que permiten el mantenimiento predictivo mediante la medición de la temperatura del sistema, corriente, tensión, aceleración, contador de ciclos y funciones de autocomprobación del sistema. Los cambios en estos valores pueden indicar que hay algo más estropeado en la planta o célula robótica. Por lo tanto, piCOMPACT®23 SMART ayuda a monitorizar todos los sistemas de automatización y evita cualquier problema con el equipo conectado o circundante, además de ayudar a conocer mejor cómo funciona el propio eyector.

Un sensor muestra la temperatura de funcionamiento real para garantizar una información puntual en caso de que se supere este rango, lo cual podría indicar problemas en el entorno más cercano del eyector. Esta característica se integró, por un lado, para aumentar la vida útil del eyector y garantizar su funcionamiento óptimo, pero también como una señal de advertencia fácil de detectar de que puede haber problemas con otros dispositivos del sistema que provoquen un aumento de la temperatura. Un sensor de voltaje controla la entrada de corriente y determina el estado operativo. Esta característica se incorporó para ayudar a los usuarios a evitar daños en el sistema debidos a baja potencia y para aumentar la vida útil del sistema en general. Cuando hay "tensión" de baja potencia en una función se proporcionan advertencias.

Un parámetro importante para predecir el mantenimiento de los sistemas de agarre robóticos basados en vacío es mantenerlos limpios. Especialmente en aplicaciones polvorientas donde los filtros de vacío se contaminan con el tiempo, lo que provoca caídas de presión de vacío no deseadas que ralentizan el proceso o incluso comienzan a dar señales falsas. Una forma de monitorizarlo es manteniendo el control del nivel integrado de caída de presión del sistema de vacío o, como se denomina en piCOMPACT®23 SMART, el nivel de vacío autónomo (FVL). Cuando el FVL comienza a desviarse de su estado inicial, el nivel de vacío autónomo fresco (FFVL) del sistema comienza a obstruirse.

Otra forma de predecir el mantenimiento desde el principio hasta que se produce una fuga en un sistema de vacío, por ejemplo, una tubería, conexión o ventosa dañados, es realizar el seguimiento del tiempo de evacuación hasta cierto nivel de vacío. piCOMPACT®23 SMART hace referencia a su función First Time To Hit (FTTH) en un sistema de vacío plenamente funcional que mide el tiempo de evacuación más rápido desde el nivel de vacío de funcionamiento autónomo fresco (FFVL) hasta -15 kPa más de profundidad de vacío. Cuando los ciclos posteriores utilizan más tiempo para evacuar al mismo nivel (-15 kPa), monitorizado y registrado como Time to Hit (TTH), el sistema probablemente sufra alguna fuga y requiera mantenimiento.

Con un ojo puesto en la industria automotriz, con su elevado grado de automatización y manipulación de piezas grandes y pesadas, la seguridad de las operaciones tiene un papel importante tanto cuando las máquinas están en funcionamiento como cuando se realiza su mantenimiento. Esto nos llevó a desarrollar dominios de potencia separados para actuadores y sensores. Dichos sistemas permiten la activación por parte del operario de la potencia del sensor por separado para el mantenimiento o la resolución de problemas en la celda robótica mientras se dejan los actuadores desconectados de la fuente de alimentación, para que los operarios no estén en peligro por las piezas móviles en caso de que, por ejemplo, se produzca un cortocircuito. La ventaja de los dominios de potencia separados es que permiten el uso de eyectores de estilo compacto sin estaciones de válvulas separadas. Esto reduce el coste de instalación, al igual que el hecho de que generalmente no sean necesarias soluciones o módulos adicionales costosos para los eyectores compactos.

Una segunda característica de seguridad desarrollada es un bit complementario o PDO (salida de datos de proceso). Debe habilitarse para activar el vacío o soplado, además de la señal de vacío o soplado ordinaria. También evita un vacío "demasiado rápido" en la señal, lo cual genera una situación de riesgo si el resto del programa todavía no está completamente en funcionamiento o en comunicación.

Al hacer factible el mantenimiento predictivo, piCOMPACT®23 SMART garantiza unos elevados tiempos de funcionamiento de la máquina no solo para el sistema de vacío en sí, sino para todo el sistema de automatización, ya que monitoriza una amplia variedad de condiciones ambientales que influyen en el rendimiento del sistema.