Los Variadores de Velocidad proporcionan un control de motores flexible de alto rendimiento. Sus capacidades técnicas han aumentado enormemente en los últimos años. Actualmente están diseñados para utilizarse en todo tipo de aplicaciones e industrias, y ayudan a aumentar la productividad y la rentabilidad de los procesos.

La alta competitividad en la industria exige a las organizaciones mejorar continuamente sus operaciones para que sigan siendo rentables. Para ello, es esencial evaluar los sistemas anticuados de control de procesos que puedan perjudicar la producción o reducir el tiempo productivo. Por este motivo, las empresas están especificando la “tecnología de producción inteligente” en sus actualizaciones de sistemas.

El centro de las estrategias es la producción, sacando el máximo provecho a sus activos.

No todas las tecnologías son iguales. Pretendemos disponer de amplia flexibilidad y control de motores de alto rendimiento necesarios para una amplia variedad de aplicaciones. Añadir inteligencia operacional en tiempo real, así como la puesta en marcha y optimizaciones automatizadas de las aplicaciones. Con una cartera de productos adecuada se mantendrán las instalaciones operando con un rendimiento óptimo.

La industria busca variadores de velocidad que proporcionen un control de motor flexible, alto rendimiento para aplicaciones exigentes y el aumento de la productividad y el tiempo productivo.

Diseño y funcionalidades simplificadas

La tendencia es una construcción que facilite la instalación, la puesta en marcha y el mantenimiento. Esto se obtiene con un cómodo acceso a componentes compactos que se pueden instalar, extraer y reparar con facilidad. La capacidad de personalización del hardware de los variadores ofrece la flexibilidad necesaria para seleccionar las prestaciones necesarias que se adapten a su aplicación en cuanto a E/S, comunicaciones, seguridad y realimentación.

Dato importante en las instalaciones con variadores es disponer de más potencia con dimensiones más reducidas, lo cual aprovecha al máximo la inversión. El futuro son unidades con alta densidad de potencia que faciliten la instalación, la reparación y la sustitución.

Una tecnología avanzada combina un control de motores flexible de alto rendimiento, capacidades avanzadas de automonitorización y una plataforma digital en tiempo real, que proporcione datos que pueden provocar la diferencia entre generar ganancias o pérdidas. Variadores que ofrezcan un excelente control de motores eléctricos en las aplicaciones industriales más difíciles con un preciso control de velocidad, par y posición. Equipos adaptados a cualquier necesidad, desde aplicaciones de control de motores industriales estándar o avanzados, hasta soluciones regenerativas y de bajo nivel de armónicos.

Otro de los pilares en la variación de velocidad está en la operatividad en tiempo real. La información extraída de los variadores se puede usar para tomar decisiones inteligentes respecto a las operaciones, a la gestión de la energía y al mantenimiento predictivo.

Una serie de funciones de control adaptativo, reducen el tiempo de arranque y puesta en marcha (sin necesidad de código complejo, ni de expertos para ajustar los variadores) y responden de forma automática ante cambios mecánicos y de carga. Todo ello mejora la eficiencia eléctrica y la fiabilidad del sistema mecánico.

Ciberseguridad

La seguridad tiene que residir en toda la planta industrial, en máquinas, redes y equipos de fabricación. Los dispositivos habilitados para CIP Security (en los que ya se encuentran los variadores) contribuyen a mejorar la protección de su planta y a reducir al mínimo el riesgo de ciberataques. CIP Security proporciona una capa de transporte segura en una red EtherNet/IP para ayudar a proteger los variadores frente a comunicaciones maliciosas. CIP Security nos proporciona:

• Conexiones fiables para ayudar a evitar que los dispositivos no autorizados establezcan comunicaciones.
• Integridad para ayudar a evitar la alteración o la modificación de las comunicaciones.
• Encriptación para ayudar a evitar la revelación de datos.

  
  

Sistemas de control

El control adaptativo es la combinación del ajuste adap­tativo, el observador de carga y el observador de bus, que funcionan juntos para reducir el tiempo de puesta en mar­cha en el momento del arranque, y monitorizar las característi­cas de su máquina durante la operación de sus equipos.

A medida que cambian las características de operación de su máquina con el tiempo, los variadores se ajustan automáticamente para compensar estos cam­bios a fin de mantener la productividad. Esta capacidad avanzada contribuye a reducir el desgaste mecánico y mantiene activa su operación para garantizar una produc­ción óptima.

• Reducimos el tiempo de puesta en marcha necesario para el ajuste sin necesidad de código complejo, ni de expertos para ajustar los variadores.
• Monitorizamos en tiempo real el variador y las características de rendimiento del sistema y adaptándolo si es necesario.
• Identificamos condiciones de resonancia y de vibración potencialmente dañinas, y suprimimos la resonancia para una operación sin interrupciones.
• Monitorizamos y compensamos automáticamente los cambios de inercia y el equilibrio entre motor y carga, lo cual ofrece un mayor rendimiento de su proceso independientemente de los cambios de carga o las perturbaciones externas.

  
  

Mantenimiento predictivo

La tecnología predictiva mejora el tiempo productivo. Datos de diagnóstico proactivo.

Los variadores de última generación ofrecen un enfoque proactivo que les permite recibir datos diagnósticos para monitorizar de manera constante el estado y comparar el rendimiento actual con los ajustes de la aplicación controlados por la tecnología.

La monitorización en tiempo real y la analítica predictiva incorporada pueden ayudar a reducir el tiempo improductivo no programado y desarrollar una estrategia de mantenimiento optimizada en cuanto al uso de los recursos.

La analítica predictiva ayuda a minimizar el tiempo improductivo

Los variadores que incorporan tecnología predictiva notifican inmediatamente a los operadores sobre los problemas que podrían afectar negativamente al estado del variador o del motor como. Por ejemplo:

• Fusibles fundidos.
• Componentes que se acercan al final de sus vidas útiles.
• Aumento de temperaturas fuera del rango de operación normal.

  
  

Estos variadores emplean modelos y algoritmos de mantenimiento predictivo, y cuentan con nuevas capacidades para mejorar la productividad:

• Un acondicionador del bus de corriente continua ayuda a proteger los componentes de alimentación eléctrica, reduciendo al mínimo las perturbaciones transitorias de voltaje en el bus.
• La característica de refuerzo de tensión permite que llegue toda la tensión al motor, incluso cuando se trabaja con una línea de entrada reducida.
• El gestor térmico monitoriza la temperatura, y contribuye a gestionar las condiciones de operación críticas que pueden ocasionar la sobrecarga térmica de los productos.
• Los variadores pueden operar con dos tipos de fuentes de alimentación de entrada, lo cual le permite cambiar entre la alimentación de la red eléctrica y el generador de reserva.

  
  

Los variadores dotados de analítica predictiva ayudan a reducir los costes de mantenimiento y el tiempo productivo modelando la vida útil prevista de los equipos.

Por ejemplo, un modelo analítico considera la temperatura ambiente medida (los sensores están incorporados en los módulos variadores) y mide la velocidad de los equipos. Una deceleración de la velocidad indica un posible fallo de los cojinetes.

El modelo de mantenimiento predictivo emite una notificación por una red Ethernet segura al sistema de control cuando el equipo ha alcanzado un porcentaje determinado de su vida útil prevista, cuyo valor predeterminado es 80%. Esta avisa al equipo de mantenimiento para que sustituya los equipos durante la siguiente interrupción programada, evitando así el tiempo improductivo no programado.

Ahorro energético

El consumo de energía constituye uno de los mayores costes de operación en la fabricación. En concreto, la operación de los motores industriales puede consumir más del 50% del uso energético industrial.

Las nuevas directivas en el diseño de variadores de frecuencia variable de seis pulsos también ayudan a los clientes a reducir la cantidad de energía necesaria para controlar una aplicación. La eficiencia de las nuevas gamas de variadores mejora el rendimiento en su aplicación y reduce la cantidad de energía consumida; esto le permite determinar la capacidad adecuada de su variador según la aplicación.

Adicionalmente, los nuevos variadores son compatibles con una amplia variedad de motores, entre ellos los motores de imán permanente que:

• Reducen la pérdida térmica en el motor.
• Proporcionan un amplio rango de velocidades, rendimiento de par alto, y ruidos y vibraciones audibles bajos.
• Ofrecen motores más pequeños y ligeros para reducir el peso y las dimensiones de una máquina.

  
  

La tecnología de sección de entrada activa proporciona:

• Capacidad de regeneración que devuelve energía a la fuente de alimentación de entrada.
• Un modo de pausa de energía que reduce la velocidad del ventilador y coloca los variadores o la fuente de alimentación de bus en un estado de baja energía, para ayudar a reducir el consumo total de energía.
• La mitigación de armónicos y la corrección del factor de potencia reducen el consumo energético

  
  

Seguridad integrada

En el pasado, implementar soluciones de seguridad a menudo implicaba sacrificar la productividad. Los variadores actuales resuelven problemas de productividad ya que ofrecen opciones de seguridad que ayudan a proteger a su personal y al equipo, a la vez que reducen el tiempo improductivo tanto programado como no programado.

Diferentes opciones de seguridad son:

• La desconexión de par segura cableada. Se ha diseñado para aplicaciones relacionadas con la seguridad que se benefician de la desconexión de la potencia de rotación del variador. Esto ofrece una puesta en marcha rápida después de ocurrir una demanda en el sistema de seguridad. SIL3, PLe, CAT 3.
• La desconexión de par segura conectada en red. Sobre EtherNet/IP proporciona las mismas ventajas que la desconexión de par segura cableada utilizando la red para enviar el comando de seguridad. Además, la seguridad conectada en red le ofrece la posibilidad de simplificar el diseño de la máquina y reducir al mínimo los equipos requeridos. SIL3, PLe, CAT 3.
• La función de seguridad de monitorización de velocidad. Proporciona una solución para aplicaciones que se benefician del acceso a una zona de seguridad cuando el movimiento está limitado. Permite que los operadores lleven a cabo procesos o tareas de mantenimiento sin parar la máquina.

Cuando se utiliza como parte de un sistema de seguridad integrado que incluye un controlador de seguridad, el módulo de opción de funciones de seguridad integradas proporciona clasificaciones de seguridad hasta SIL3 y PLe CAT 4. En ocasiones también se necesita la aplicación de un software de diseño.

Condiciones ambientales

Los variadores también incorporan protección contra gases corrosivos. Se implementan protecciones que reduzcan las amenazas de fallo precoz del equipo ocasionado por la corrosión, con los variadores que disponen de protección contra gases corrosivos.

Se ha investigado este importante reto de la industria, y se han desarrollado soluciones y recomendaciones que ayudan a los fabricantes a combatir los efectos de la corrosión en los variadores de frecuencia variable de sus plantas.

Gracias a la investigación, pruebas, diseño de productos e instrucciones de instalación se han desarrollado variadores con protección contra gases corrosivos, que ayudan a reducir el tiempo improductivo debido al fallo precoz del equipo.

Conclusiones

En definitiva, podemos asegurar que el futuro de los variadores de velocidad se direcciona hacia equipos que puedan implementarse en toda la planta, desde las aplicaciones tradicionales de variadores hasta las aplicaciones de control de motores más avanzadas, que requieren el control de motores de alto rendimiento para lograr una velocidad, par y posicionamiento precisos.

Son concebidos para utilizarse en innumerables aplicaciones e industrias, y ayudar a aumentar la productividad y el rendimiento de los procesos.

César Guijarro

Consultor Técnico

Rockwell Automation Iberia

Este artículo aparece publicado en el nº 543 de Automática e Instrumentación págs. 43 a 45.