Control basado en PC para sistemas de corte por chorro de agua
Los sistemas de control deben satisfacer las exigencias, a veces muy específicas, de todas las tecnologías de producción, incluido el corte por chorro de agua.
La empresa sueca IGEMS se propuso llevar este proceso a un nuevo nivel de precisión y velocidad y lo ha conseguido con la ayuda de un control basado en PC. Usuarios como el fabricante de máquinas Kimtech ya se están beneficiando de los resultados.
El corte por chorro de agua es un proceso eficiente y versátil para cortar una amplia gama de materiales, incluidos metales, plásticos, vidrio, cerámica, piedra y compuestos, e incluso permite aplicaciones inusuales como cortar filetes de pescado y pasteles de postre.
En la foto de portada, de izquierda a derecha, Stefan Hanhela, especialista sénior de ventas de control de movimiento en Beckhoff Suecia, posa junto con Gustaf Kimblad, director ejecutivo de Kimtech, y Jesper Kimblad de IGEMS frente a un sistema de corte por chorro de agua con el panel de control multitáctil de acero inoxidable CP3921 utilizado como HMI.
“Nos encanta el corte por chorro de agua por su versatilidad, precisión, limpieza, respeto al medio ambiente y rentabilidad”, afirma Jesper Kimblad de IGEMS, una empresa con sede en Borås, Suecia, especializada en software CAD/CAM para sistemas de corte por chorro de agua.
Los sistemas de corte por chorro de agua plantean exigencias muy específicas a los sistemas de control. IGEMS cumple con estos requisitos gracias al control basado en PC de Beckhoff.
Sin embargo, para lograr un corte perfecto se necesitan más que estas credenciales: “Hemos estudiado en profundidad la física del corte por chorro de agua y hemos desarrollado un software CNC que tiene en cuenta su naturaleza cambiante”, afirma Jesper Kimblad. “Así como el corte por chorro de agua requiere un software CAD y de preproducción específico, también necesita un sistema de control optimizado”.». TwinCAT 3, equipado con una gran cantidad de funciones y otros componentes de Beckhoff, constituye la base de la plataforma de control IGEMS.
La flexibilidad y la apertura traen beneficios
Según Jesper Kimblad, ningún otro sistema ofrecía la flexibilidad y funcionalidad necesarias: “Un problema con los sistemas de control convencionales es la dificultad de controlar las salidas digitales con la suficiente rapidez y sincronización durante los movimientos de la trayectoria de la boquilla”.
Sin embargo, es precisamente este nivel de control lo que requiere el corte por chorro de agua: el agua y los materiales abrasivos deben dosificarse con precisión, ya que incluso las paradas o los retrasos más breves dejan marcas en los bordes de corte. Jesper Kimblad, citando otra ventaja de la tecnología de control basada en PC de Beckhoff, añade que ningún otro controlador es capaz de cambiar la velocidad de avance de mm/minuto a tiempo inverso durante el funcionamiento. Esta función es especialmente útil para cortar tubos y en operaciones de 5 ejes.
En total, IGEMS pasó por cuatro iteraciones con otros proveedores de control hasta que Jesper Kimblad finalmente encontró la plataforma adecuada con el enfoque abierto al control basado en PC y TwinCAT 3: «Simplemente no pudimos implementar las adaptaciones necesarias en los otros sistemas. Además, los otros proveedores tenían una gama limitada de hardware, por lo que los usuarios del sistema de control IGEMS siempre habrían tenido que comprar los componentes de control adicionales que necesitaban de varios proveedores e integrarlos ellos mismos».
Un único proveedor de hardware y software
Sin embargo, como explica Jesper Kimblad, la amplia gama de tecnologías de Beckhoff le permite suministrar todos los componentes eléctricos necesarios para las máquinas de corte por chorro de agua en cualquier parte del mundo.
Esto es de vital importancia para los clientes de IGEMS, que distribuyen sus sistemas de corte por chorro de agua en numerosos países. “Pero lo más importante es que TwinCAT 3 garantiza que la máquina no tenga que detenerse mientras se ejecuta el programa, lo que significa que puede realizar varias tareas de corte en una sola operación y ofrecer un corte recto”, afirma Jesper Kimblad.
A pesar del gran número de ejes, el armario de control sigue siendo compacto y claramente organizado, con el sistema servo multieje AX8000 (abajo) y el PC industrial ultracompacto C6030 (arriba).
IGEMS utiliza el software TwinCAT de Beckhoff, en particular las funciones TC1200 (PLC), TF5000 (NC PTP) y TF5060 (NC FIFO Axes) para calcular trayectorias de motores, controlar accionamientos y movimientos, realizar interpolaciones de ejes, rastrear cambios de E/S y transferir todos estos datos al búfer FIFO (First In, First Out) integrado de TwinCAT. Todos los datos se comunican en tiempo real a través del protocolo de red EtherCAT de Beckhoff.
Jesper Kimblad comenta: “Para mí, la apertura de TwinCAT es muy importante. El software gestiona tareas difíciles que implican el posicionamiento de fluidos a alta velocidad y garantiza un corte preciso y perfecto. Es ideal para controlar valores y se ejecuta en un PC industrial, lo que significa que podemos realizar todo el proceso de desarrollo en portátiles. La instalación y programación del sistema de corte por chorro de agua también es muy rápida: entre 5 y 30 minutos”.
Y gracias a la naturaleza abierta del control basado en PC, los fabricantes de máquinas pueden integrar fácilmente funciones adicionales en el sistema de control y automatizarlas con hardware Beckhoff.
El control basado en PC ayuda a optimizar los cortes: los contornos de los paneles se pueden captar con una cámara y leer en el sistema de control. El operador de la máquina puede establecer el punto cero de la orden de producción actual a través de la interfaz de usuario.
El propio IGEMS aprovecha esta flexibilidad para funciones opcionales, por ejemplo, durante la preparación del trabajo y la realización de calibraciones. En la mayoría de los casos, las piezas de chapa sobrantes se almacenan para pedidos posteriores y se sujetan varias veces en los sistemas de corte.
Una cámara opcional situada encima de los sistemas de corte escanea las piezas y transmite las imágenes al sistema de control. Allí se escala el contorno y se muestra en el «modelo de corte» del siguiente programa de mecanizado. El operador de la máquina puede entonces fijar el punto cero del programa NC directamente en la imagen y ajustar la posición de las piezas en caso necesario.
Uno de los ejes del equipo denominado Tilter es accionado por un servomotor compacto AM8000.
IGEMS también ha integrado una función de calibración del sistema en el sistema de control que, en combinación con el IGEMS Rounder opcional, mide y compensa las desviaciones en las direcciones X, Y y Z. “Anteriormente, los fabricantes de máquinas necesitaban entre medio día y un día completo para esta calibración. Ahora, con nuestro software y cabezal de medición, solo necesitan 9 minutos”, afirma Jesper Kimblad, destacando las ventajas de una arquitectura de control abierta.
Los fabricantes de maquinaria se benefician de la segmentación sectorial
La empresa Kimtech, con sede en Estocolmo, ya ha instalado 15 máquinas con sistemas de control IGEMS y ha encargado otros 30 sistemas completos a Beckhoff. El director general Gustaf Kimblad comenta: «Estamos encantados con este sistema de control especialmente diseñado para el corte por chorro de agua.
El sistema de control optimiza el funcionamiento, la supervisión y el mantenimiento remoto. También permite una calibración precisa y reduce el esfuerzo de programación. La HMI es fácil de usar y las herramientas integradas son intuitivas. En general, el sistema de control simplifica la estructura de las máquinas de corte por chorro de agua y reduce su complejidad.
Los motores lineales altamente dinámicos de la serie AL8000 están controlados por el sistema servo multieje AX8000 y TwinCAT 3.
Gustaf Kimblad cita como ejemplo la One Cable Technology (OCT) de Beckhoff: “Con la OCT podemos conectar los accionamientos con un solo cable y se necesitan menos componentes, lo que nos hace mucho más competitivos. Como fabricantes de maquinaria, ahora podemos concentrarnos más en lo que hacemos mejor”. Y Kimtech no es la única empresa que se beneficia de tener un único punto de contacto en IGEMS, que suministra el sistema de control completo junto con Beckhoff. Jesper Kimblad se refiere a otros proyectos en EE. UU. y China.