Integrar nuevos procesos automatizados en líneas de producción existentes implica, en muchos casos, resolver una combinación de requerimientos funcionales, limitaciones de espacio y necesidades de conectividad. Este fue el escenario que enfrentó el fabricante de maquinaria austriaco Nordfels al desarrollar una aplicación de envasado para TIGER Coatings, donde una arquitectura híbrida basada en MX-System permitió descentralizar parte del control y reducir considerablemente las dimensiones del armario de control.
Bad Leonfelden, en la región de Alta Austria, es conocida por sus manantiales y balnearios, pero también alberga empresas dedicadas a la ingeniería mecánica y la automatización. Entre ellas se encuentra Nordfels, que desarrolla soluciones para sectores como el procesamiento de aluminio y acero, las industrias alimentaria y farmacéutica, así como las aplicaciones automotrices y de embalaje.
Con alrededor de 85 empleados, la empresa ha orientado parte de su desarrollo hacia la incorporación de nuevas tecnologías y soluciones de automatización. En 2020, por ejemplo, incorporó su primer sistema de inteligencia artificial en una máquina de producción. Actualmente, además de fabricar maquinaria, desarrolla soluciones de software para aplicaciones de automatización.
Un reto en una línea existente
El proyecto desarrollado para el fabricante de recubrimientos en polvo TIGER Coatings surgió de la necesidad de automatizar el proceso de sellado de cajas que anteriormente se realizaba de forma manual. La nueva máquina recoge las bolsas llenas de material de recubrimiento en polvo y realiza de manera automática las etapas posteriores: cierre de la bolsa interior, sellado de la caja, pesaje, etiquetado y paletizado.
Además del proceso de envasado, el proyecto incorporó distintas etapas de aseguramiento de la calidad. Entre ellas se encuentra un dispositivo denominado Powder Thief, encargado de tomar muestras durante el proceso para comprobar el color de cada lote de recubrimiento.
TIGER Coatings también estableció objetivos relacionados con la conexión de extremo a extremo, la transmisión de datos en tiempo real, la modularidad y la incorporación de procesos adaptativos, como el control inteligente de calidad y la paletización mediante cobot. Todo ello debía integrarse en una línea de producción existente con un espacio de instalación limitado.
Para resolver esta combinación de requerimientos, Nordfels incorporó MX-System de Beckhoff, una plataforma modular para automatización descentralizada. En lugar de concentrar todos los componentes en el armario de control, la arquitectura permite situar parte de la tecnología directamente en los puntos donde se desarrolla el movimiento.
En el caso de TIGER Coatings, Nordfels mantuvo un armario de control, pero redujo sus dimensiones a menos de la mitad respecto de una solución convencional. El sistema de control de accionamiento y la alimentación de 48 V se trasladaron directamente al proceso mediante dos unidades MX-System independientes: una instalada en la estructura inferior de la selladora y otra en la estructura superior.
Una arquitectura de accionamiento descentralizada
Las dos unidades MX-System funcionan como sistemas de accionamiento descentralizados e integran tecnología de control, módulos de alimentación, fuentes de alimentación, resistencias de frenado y dispositivos de E/S.
La unidad superior cuenta con 12 servoejes para aplicaciones como pórticos multieje, mientras que la parte inferior controla otros 10 ejes destinados al transporte y la manipulación. Nordfels utiliza además One Cable Automation (OCA) para conectar los motores, permitiendo transmitir potencia, comunicación EtherCAT y señales de retroalimentación mediante un único cable y conectores híbridos estandarizados.
La empresa también sustituyó algunos ejes neumáticos por servoejes, con el objetivo de mejorar la eficiencia energética de la aplicación. La arquitectura de seguridad se integra en el mismo sistema mediante MX-System y Safety over EtherCAT (FSoE).
En el armario de control permanecen una PC embebida CX5330 para el control centralizado de la máquina y una PC industrial C6030 como servidor periférico. Los paquetes de infraestructura, la visualización y otras aplicaciones de software, incluido el aseguramiento de la calidad basado en inteligencia artificial, funcionan en un entorno virtualizado con arquitectura de contenedores.
Los datos recopilados se integran con el sistema ERP mediante una API REST, mientras que TwinCAT y los terminales EtherCAT proporcionan las interfaces necesarias para la integración horizontal y vertical. La máquina incorpora también un panel CP39xx como interfaz hombre-máquina.
Una alternativa para proyectos brownfield
La implementación de MX-System también modificó el proceso de planificación del proyecto. Nordfels utilizó MX-System Designer para configurar la solución y generar listas de piezas, datos CAD y macros de EPLAN.
Una de las ventajas señaladas por la empresa es que la planificación en TwinCAT mantiene el mismo enfoque tanto si el hardware se implementa dentro de un armario convencional como si se utiliza MX-System. Esto facilita la combinación de ambas arquitecturas, particularmente en proyectos donde las condiciones existentes hacen necesario mantener parte del control centralizado.
En la aplicación de TIGER Coatings, los costos de inversión se mantuvieron en un nivel similar al de una solución convencional, mientras que la arquitectura permitió reducir el espacio ocupado, prescindir de sistemas de climatización, mejorar la eficiencia energética y simplificar el mantenimiento.
Nordfels contempla utilizar arquitecturas descentralizadas en otras aplicaciones cuando resulte conveniente desde los puntos de vista técnico y económico. Para la selladora de cajas, la empresa también analiza la posibilidad de automatizar por completo el MX-System e incorporar un servidor periférico, como parte de la evolución hacia una máquina que pueda operar sin un armario de control convencional.
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