Integración multidisciplinar, IA y tecnologías avanzadas marcan la evolución del control de movimiento

En la era 4.0, el control de movimiento (Motion Control) se ha convertido en un pilar fundamental para la optimización y automatización de los procesos de manufactura. Esta tecnología permite el control preciso y eficiente de la velocidad, de la posición y de la fuerza de las máquinas y sistemas de producción, mejorando significativamente la calidad y la productividad de las mismas. Desde robots industriales hasta sistemas de movimiento avanzado, el control de movimiento está transformando la manera en que las fábricas operan, ofreciendo soluciones que reducen costes, aumentan la flexibilidad y resiliencia de las máquinas y procesos así como mejoran la seguridad y disponibilidad de las aplicaciones. De todo ello hablamos con expertos de Beckhoff, Delta y Rockwell Automation.

PREGUNTAS

1. Desde el punto de vista de su compañía, ¿cuáles son las principales innovaciones más recientes en la tecnología del control de movimiento?

2. ¿Cuáles son los desafíos técnicos más habituales que enfrenta esta tecnología?

3. ¿Cómo se integra la inteligencia artificial y las técnicas de aprendizaje automático en estos sistemas?

4. ¿Podría detallar ciertos casos de éxito que pongan en valor el uso de esta tecnología?

5. ¿Cómo se aborda la protección cibernética de este tipo de equipos?

Daniel Sabio, Técnico de Soporte Especializado en aplicaciones Motion Control, XTS y Xplanar en Beckhoff

1.- El lanzamiento de nuestro software TwinCAT MC3 representa un salto significativo en la evolución del Motion Control. Esta solución de última generación integra todas las ventajas del software predecesor, TwinCAT NC2, y las amplía con nuevas capacidades diseñadas para atender las crecientes demandas del control de movimiento moderno.

Algunas de las características destacadas de TwinCAT MC3 incluyen:

• Control ilimitado de ejes: No existe un límite para la cantidad de ejes que se pueden gestionar.
• Compatibilidad con un amplio rango de CPU: Ofrece un desempeño flexible en prácticamente cualquier CPU disponible en el mercado.
• Soporte multicore: Permite asignar proyectos MC3 a diferentes núcleos de la CPU, con tiempos de ciclo independientes, optimizando el rendimiento y la capacidad de procesamiento.

TwinCAT MC3 también habilita el control del sistema de transporte inteligente XPlanar, una tecnología revolucionaria que combina lo mejor de los sistemas de transporte convencionales con una innovadora levitación magnética. El sistema XPlanar permite que los productos floten en un plano bidimensional, abriendo posibilidades sin precedentes en el transporte de materiales. Esto se traduce en soluciones más ágiles, eficientes y versátiles para diversas aplicaciones industriales.

Por su parte, el servoaccionamiento AX1000 se presenta como una solución compacta y económica dentro de la serie AX. Diseñado para cumplir con los estándares tecnológicos más exigentes, está optimizado para satisfacer las necesidades de potencia pequeñas y medianas. Algunas características clave incluyen: costo optimizado sin comprometer el rendimiento; y total integración con el entorno TwinCAT, facilitando su implementación en sistemas existentes.

Finalmente, el variador de frecuencia AF1000 está diseñado para tareas básicas de accionamiento, como transmisiones por correa, bombas y ventiladores. Este dispositivo combina una gran eficiencia con un diseño compacto y altamente integrado.

Sus características principales: Dual Axis: control simultáneo de dos ejes; STO (Safe Torque Off): garantía de seguridad integrada; y rango de potencia: desde 370 W hasta 3 kW, ofreciendo una solución económica para motores síncronos, asíncronos y de reluctancia sin necesidad de sistemas de feedback.

2.- Es importante destacar que esta tecnología está en constante evolución, sujeta a continuas optimizaciones y mejoras. Por ello, es fundamental mantenernos actualizados y aprender a utilizar de manera eficiente los nuevos productos y funcionalidades que lanzamos al mercado. 

Para facilitar este proceso, Beckhoff ofrece un completo calendario de cursos accesible desde nuestra página web. Estos cursos cubren diversas áreas clave, incluyendo PLC, Motion Control, TwinCAT Vision, XTS y XPlanar. Las formaciones se imparten tanto en nuestra sede central en Sant Cugat como en nuestras delegaciones ubicadas estratégicamente en Galicia, Murcia, Madrid y Bilbao, garantizando una cobertura formativa a nivel nacional.

3.- La inteligencia artificial ya está integrada en el sistema de transporte XPlanar, donde se utiliza para gestionar el movimiento de los Movers de manera eficiente. Además, permite ampliar las funcionalidades para adaptarse a diferentes modelos y tamaños.

También se emplea en el Cogging Compensation en motores lineales, lo que ayuda a suavizar la velocidad y mejorar la precisión del movimiento.

Gracias a la plataforma basada en PC de Beckhoff, estos sistemas trabajan de manera integrada junto con otras tecnologías, como la supervisión con cámaras de visión 2D gestionada mediante TwinCAT Vision, todo en un único equipo.
 

4.- Uno de nuestros últimos casos de éxito puede leerse en esta misma revista, en las páginas 60 y 61, donde se explica cómo Stoba Sondermaschinen GmbH, una empresa especializada en soluciones de automatización, ha desarrollado un sistema de inspección óptica denominado InspectorONE, que hace uso del aprendizaje profundo y de la tecnología XPlanar de Beckhoff para lograr una inspección extremadamente rápida y precisa de componentes, como las válvulas de inyección de alta presión utilizadas en motores.

Una de las características más destacadas de InspectorONE es su modularidad. El sistema no está limitado a una única configuración, sino que puede adaptarse a diferentes aplicaciones y tipos de componentes. Según los expertos de Stoba, el sistema está compuesto por diversas estaciones modulares, que incluyen cámaras para inspección de superficies, tecnología de medición para los componentes y lectores de códigos, entre otros. Esta modularidad permite personalizar el sistema según las necesidades específicas de cada cliente y aplicación, asegurando así la flexibilidad en el proceso de inspección.

El uso de la tecnología XPlanar de Beckhoff es fundamental en esta configuración modular. XPlanar utiliza movers flotantes para transportar los componentes a las distintas estaciones de inspección, sin necesidad de guías físicas ni mecanismos de desgaste, como las utilizadas en las máquinas indexadoras rotativas. Gracias a los múltiples grados de libertad de movimiento de los movers, los componentes pueden moverse en varias direcciones, incluyendo rotaciones de 360°, lo que facilita la medición desde todos los ángulos sin necesidad de intervención física. Esto reduce significativamente los tiempos de inspección y permite que se logren tiempos de ciclo de solo 3 segundos.
 

5.- Beckhoff, como fabricante de componentes de control, implementa medidas de seguridad por defecto, sin limitar la funcionalidad, incorporando las últimas tecnologías en nuestros sistemas, como por ejemplo el uso de TPM, cifrado del software, comunicaciones cifradas seguras, control de acceso, etc., y colaboramos con nuestros clientes para implementar soluciones seguras y asesoramiento para llegar a una solución segura y funcional. 

La tecnología de control basada en PC es idónea para realizar tareas de la más alta complejidad en el mundo de control y hoy en día es casi imposible encontrar un proceso de control en el que no se dependa de computadores industriales para que realice su trabajo, ya sea en la parte de control, operación o gestión. 

Los equipos de control desarrollados y producidos por Beckhoff, basados en arquitecturas x86, AMD64 o ARM, están especialmente diseñados, tanto en el hardware como en el software, para ser equipos industriales que priorizan los procesos de control en tiempo real; siendo el determinismo, la disponibilidad y la seguridad factores clave en el diseño

Beckhoff adapta, modifica, configura y añade las funcionalidades necesarias en el sistema operativo para que las premisas fundamentales de determinismo, disponibilidad y seguridad sean los principios de diseño que definen nuestros equipos.

Simone Orlandi, EMEA Product Manager Team Leader - Industrial Control Products en Delta

1.- Acaba de finalizar la feria SPS de automatización en Nuremberg y Delta Electronics ha mostrado distintos avances significativos en la tecnología de control de movimiento:

Servodrive Serie A3-EP: Este servodrive proporciona un control exacto, una velocidad elevada y un importante ahorro de energía. Equipado con interfaz EtherCAT, admite protocolos como CoE, EoE y FoE e incorpora funciones avanzadas de seguridad funcional que pueden ser activadas mediante el protocolo Safety over EtherCAT (FsoE) o señales digitales. Al ser compatible con motores Delta y de otros fabricantes, puede ser utilizado en una amplia variedad de aplicaciones industriales.

Controlador AX-5 y módulos remotos: Esta serie incluye una nueva generación de PLC y controladores de movimiento capaces de controlar hasta 64 ejes interpolados y una nueva generación de módulos E/S ultracompactos. Las CPU se programan mediante la plataforma DIADesigner-AX basada en CODESYS y admiten los principales buses de campo (EtherCAT, PROFINET, Ethernet/IP, CANopen, Modbus) y varios protocolos de comunicación útiles en el entorno IoT, como OPC UA y MQTT. El uso de una plataforma de desarrollo ampliamente conocida e integrada permite a los fabricantes de maquinaria reducir los costes y el tiempo de desarrollo.

Robots colaborativos D-Bot: A pesar de su lanzamiento a principios de año, los D-Bots suponen un avance importante en el campo de la robótica colaborativa, brindando una precisión y conectividad avanzadas en los procesos de automatización.

Estas soluciones muestran el compromiso de Delta Electronics con la seguridad, eficiencia y flexibilidad en entornos industriales, siguiendo estándares europeos y satisfaciendo las necesidades de la manufactura inteligente.

2.- Creemos que hay ciertos criterios que son imprescindibles en el desarrollo de este tipo de tecnología. Desde la integración de los protocolos más demandados del mercado, ofreciendo una precisión y sincronización en sistemas de alta velocidad de múltiples ejes, incorporando estándares de seguridad como el Safety over EtherCAT (FSoE), además de ciberseguridad en IIoT, han sido las claves del desarrollo de esta nueva generación de productos Delta.
 

3.- La integración de algoritmos de aprendizaje basados en el análisis de datos, así como el control adaptativo, van a generar herramientas software que permitan un análisis predictivo y detección de fallos. Estos sistemas podrán analizar datos históricos y en tiempo real para predecir fallos antes de que ocurran, permitiendo realizar mantenimiento preventivo y reduciendo tiempos de inactividad. Un ejemplo real son los robots equipados con IA, que pueden realizar tareas complejas con mayor precisión y adaptarse a cambios dinámicos en el entorno de trabajo.
 

4.- Delta Electronics está integrando soluciones de IA de diversas maneras. Entre sus innovaciones más recientes se encuentra el desarrollo de máquinas inteligentes transformables que permiten implementar algoritmos de IA fácilmente, agilizando procesos como el mantenimiento predictivo y la inspección visual automática, ofreciendo versatilidad y facilitando ajustes en las líneas de producción.

Otra iniciativa clave es el uso de gemelos digitales, desarrollados en colaboración con NVIDIA Omniverse, para optimizar la simulación de procesos robóticos y detectar trayectorias y objetos con mayor precisión. Esto no solo mejora la planificación de las fábricas inteligentes, sino que también impulsa la adopción de tecnologías basadas en IA dentro de las plantas de producción.

5.- Delta Electronics incorpora múltiples medidas de ciberseguridad en sus sistemas industriales que garantizan la protección de datos y la integridad operativa en entornos conectados. Algunas de las principales características incluyen compatibilidad con normas de seguridad industrial para proteger sistemas de automatización y control industrial frente a amenazas cibernéticas. Estas normativas aseguran que los sistemas sean seguros a lo largo de todo su ciclo de vida. 

La ciberseguridad en los controladores industriales y los sistemas de IIoT incluye cifrado de datos, autentificación robusta y control de acceso para evitar intrusiones. Esto se complementa con protocolos de comunicación seguros, como Safety over EtherCAT (FSoE), que protege la integridad de los datos en tiempo real.

No podemos olvidar la integración con plataformas de seguridad digital, como el servidor Edge DIALink de Delta, que ofrecen monitoreo centralizado y análisis de datos para gestionar la seguridad de dispositivos conectados. Además, los gemelos digitales desarrollados con NVIDIA Omniverse también mejoran la seguridad al permitir simulaciones seguras de los entornos productivos.

José Benjamín Horrillo García, Solution Consultant Iberia de Rockwell

1.- En la actualidad, una de las mayores innovaciones del control de movimiento es la integración de sus distintas disciplinas (robótica, seguridad, sincronismos de levas, CNC y control de transportadores magnéticos) en una misma plataforma de control. 

El software ‘Aplication Code Manager’ de Rockwell Automation es un software de gestión de librerías de automatización capaz de crear proyectos completos de controlador programable (Studio5000), siguiendo unos sencillos pasos de configuración. Actualmente, Rockwell Automation tiene desarrolladas librerías que incluyen todos los elementos necesarios para el control de las distintas disciplinas de control de movimiento (robótica, seguridad, sincronismos de levas, CNC y control de transportadores magnéticos) en este gestor de librerías. Esto permite a los usuarios crear proyectos completos multidisciplinares, consiguiendo un desarrollo eficaz, reduciendo tiempo, minimizando la posibilidad de errores, y generando un código altamente reutilizable. 

Las sinergias que se producen al integrar en un único control todas las disciplinas permiten avances aplicativos que mejoran drásticamente las capacidades de los sistemas. Entre otras ventajas, la integración de toda la información en una única plataforma de control multidisciplinar habilita el camino hacia la transformación digital, y facilita el mantenimiento de la instalación. 

2.- La rápida evolución del mercado de consumo obliga a las líneas de fabricación a adaptarse a los medios productivos para lograr una mayor flexibilidad. Las máquinas ya no son un elemento autónomo que trabaja de forma independiente, sino que colaboran activamente con los operarios. El diseño actual de las nuevas líneas de producción es flexible y estaá optimizado para poder adaptarse rápidamente y con facilidad a los cambios productivos. 

Esta situación llevada a la tecnología de control de movimiento implica desarrollar: 

• Funciones de seguridad avanzadas: el operador interactúa de forma activa con los elementos de la máquina, lo que puede dar lugar a unos nuevos riesgos de seguridad, debido a los movimientos de los ejes. Para mitigar estos nuevos riesgos, los sistemas del control de movimiento de Rockwell Automation incorporan encoders de seguridad y electrónica avanzada en el driver, que permite realizar funciones de control de par, velocidad y posición de forma segura. Esto hace posible combinar la alta flexibilidad de un operario con la capacidad productiva de un sistema automatizado.

• Modularidad: estas nuevas máquinas están compuestas por submódulos funcionales que se pueden añadir o quitar, adaptándose a los nuevos procesos a realizar. Rockwell Automation ha desarrollado la tecnología On-Machine con familias de productos como ArmorKinetix y ArmorPowerflex. Estas familias de controladores de motores ya no se instalan en armarios eléctricos, sino en la propia estructura de la máquina, junto al elemento a controlar. Es decir, los productos On-Machine se montan sobre el terreno, fuera de un armario eléctrico, para que se pueda prescindir de los grandes armarios centrales y montar los dispositivos en ubicaciones mejor optimizadas para las aplicaciones. Con esta disposición las máquinas tienen una elevada modularidad, y pueden alcanzar nuevos niveles de rendimiento con menos componentes para realizar el trabajo.
 

3.- Actualmente, Rockwell Automation trabaja en la implementación de la inteligencia artificial (IA) en múltiples áreas del control industrial, tanto para la fase de diseño de las líneas como para la fase de producción. 

En el área del control de movimiento hay aspectos donde esta tecnología ya es una realidad: 

• Técnicas de autoaprendizaje: los sistemas servos Rockwell Automation utilizan el autoaprendizaje para eliminar la necesidad de hacer ajustes de parámetros de trabajo (ganancias, filtros). Esto hace que ya no sea necesario ajustar los servos en función de la carga, lo que genera un ahorro de tiempo en la puesta en marcha y un mejor rendimiento del sistema a lo largo del tiempo, ya que el sistema se adapta a la carga dinámicamente. 

• Sistemas de monitorización y diagnosis avanzada con IA: los sistemas actuales de control de movimiento de Rockwell Automation incorporan de serie sensores de vibraciones en los motores, que proporcionan información en tiempo real del estado de la mecánica conectada al servomotor. Además, si se utiliza el nuevo software GuardianAI conectado a variadores de frecuencia, sin necesidad de instalar otros sensores, y mediante el análisis de la intensidad consumida permite detectar posibles anomalías en el sistema antes de que estas produzcan una avería y paro del mismo. 

FactoryTalk Analytics GuardianAI proporciona una supervisión continua basada en el estado, alertando al equipo de mantenimiento cuando un activo empieza a mostrar signos de degradación y proporcionando información sobre la causa más probable del fallo. Con esta información, pueden planificar cuándo realizar la reparación necesaria y confirmar que disponen de los recursos y piezas necesarios. Los tiempos de reparación se reducen y se evitan costosos tiempos de inactividad inesperados.
 

4.- Un ejemplo claro del uso de estas nuevas tecnologías de control de movimiento son las nuevas líneas de fabricación de productos del sector farmacéutico. Estas nuevas líneas abandonan el concepto clásico de producción, con las máquinas instaladas en línea y fabricando una única referencia, para adoptar un modelo de producción flexible multiproducto. 

Las tecnologías de control de movimiento que se han utilizado para estos nuevos modelos han sido: 

• Magnemotion (Sistemas de transporte magnético): El uso de este transportador magnético, que permite el control independiente de los vehículos y tiene capacidad de desvíos, permite trabajar con múltiples productos simultáneamente, garantizando la trazabilidad de cada uno. 

• Unified Robot Control Solution (Robótica integrada): El uso de las librerías de control de robótica permite la integración del control de los robots y el resto del sistema de la línea en una única plataforma de control. Esto permite fácilmente adaptar el trabajo del robot en función del producto. 

• Seguridad avanzada integrada en el controlador: El controlador programable incorpora también la programación completa de la seguridad de la línea. Mediante el uso correcto de las funciones de seguridad avanzadas de ejes (posición, par y velocidad segura) se facilita la colaboración del operario con la línea sin generar peligros para el personal. 

• Capacidades de autoaprendizaje: La capacidad de autoadaptación del control de los motores hace posible que se adapten dinámicamente a los cambios en la carga que pueden producir las nuevas referencias a fabricar. 

• Modularidad: El uso del control distribuido de los motores permite un elevado grado de movilidad, que habilita la posibilidad de mover las estaciones de trabajo entre distintos puntos del transportador, para adaptarse a las necesidades de producción. 

• Control multidisciplinar: El hecho de tener un controlador único, y por tanto un único repositorio con toda la información de la línea, habilita el camino hacia la transformación digital de la empresa. Podemos conectar fácilmente este controlador a software como GuardianAI para hacer una supervisión continua del estado de los activos de la línea. 
 

Los beneficios finales de estas instalaciones son: 

• Dimensiones: El espacio ocupado por el nuevo modelo de línea es menor debido a la mejora de ocupación de los módulos productivos. 

• Eficiencia energética: El sistema tiene una mejor eficiencia energética debido al uso de los transportadores magnéticos. 

• Mayor productividad: La productividad final de línea es mayor que la de los modelos clásicos debido a la mejora de la OEE; no es necesario detener la línea para realizar un cambio de referencia de fabricación. 

• Trazabilidad: El uso de la tecnología de transportador magnético logra una trazabilidad total de todos los productos fabricados. 

• Modularidad: La modularidad del sistema usando el transportador magnético unida a las soluciones on-machine hace posible una flexibilidad y escalabilidad de línea adaptable a cambios futuros. 

• ROI mejorado: El retorno de inversión de la nueva línea resulta más rápido que con los sistemas de producción clásicos. 

• Menor gasto de mantenimiento: Se logran mejoras drásticas en el mantenimiento de la línea. El tener todos los datos en un repositorio único permite conectar fácilmente estos a un sistema de diagnosis inteligente. 
 

5.- Rockwell Automation establece una estrategia de defensa de la seguridad en profundidad, siguiendo el modelo OSI, teniendo en cuenta las siete capas en el diseño y funcionamiento de los equipos (Física, Enlace, Red, Transporte, Sesión, Presentación y Aplicación). 

En concreto, en el caso de los drivers de control de motores, por ejemplo, Rockwell Automation integra de serie la encriptación de las comunicaciones entre el controlador y el driver. Esta encriptación imposibilita que otro equipo que no sea la CPU asignada pueda mandar órdenes al driver. 

Cabe recordar que el nuevo Reglamento de máquinas sustituye a la anterior Directiva relativa a las máquinas y se diferencia de ella en que introduce la obligatoriedad de la ciberseguridad. 

Los equipos Rockwell Automation, siguiendo una correcta implementación, están adaptados para cumplir con el nuevo Reglamento de máquinas. 

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Este artículo aparece publicado en el nº 560 de Automática e Instrumentación págs. 50 a 53.