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Cuando el variador se convierte en el controlador

Determinar cuándo usar unidades de frecuencia variable inteligentes sin un controlador lógico programable externo es una cuestión de equilibrio de costos, utilidad y practicidad.

Cuando el motor se convierte en el controlador

Por David Miller

El crecimiento de la potencia inform√°tica avanzada integrada en un n√ļmero creciente de dispositivos est√° cambiando la cara de la automatizaci√≥n, y los variadores de frecuencia (VFD, por su sigla en ingl√©s) son una gran parte de esta tendencia. Capaces de controlar motores variando la frecuencia y el voltaje de su fuente de alimentaci√≥n, los VFD pueden mejorar la eficiencia energ√©tica; reducir la tensi√≥n mec√°nica innecesaria; y calibre del torque, la velocidad y la potencia para adaptarse mejor a los requisitos del proceso. Adem√°s, a medida que la inteligencia ha migrado de los controladores l√≥gicos programables centralizados (PLC) a los VFD descentralizados, la nueva funcionalidad, como las redes y los diagn√≥sticos, los ha convertido en un activo invaluable.

Seg√ļn Craig Nelson, gerente senior de productos de la unidad de control de movimiento de Siemens Digital Industries Software, el cambio hacia VFD m√°s inteligentes comenz√≥ por primera vez en la d√©cada de 1990, cuando los PLC requer√≠an una inversi√≥n sustancialmente mayor y las limitaciones en la comunicaci√≥n entre los variadores y los controladores creaban problemas de latencia y rendimiento. Desde entonces, la ca√≠da de los precios en los PLC, que se consideran cada vez m√°s como un producto b√°sico, y las capacidades de comunicaci√≥n m√°s r√°pidas han revertido la tendencia hasta cierto punto, pero la capacidad de inteligencia de los VFD sigue siendo y tiene un valor sustancial para ofrecer.

Cuando el motor se convierte en el controladorLas unidades MV7000 de GE Power Conversion pueden alimentar tanto máquinas de inducción como síncronas con control vectorial de alto rendimiento en todos los rangos de velocidad.Sin embargo, como cualquier decisión comercial, elegir utilizar un VFD descentralizado con controles integrados o un PLC centralizado implica sopesar los pros y los contras de cada enfoque.

"La gente ya no dise√Īa activos en una isla. Se trata de sistemas y de lo que se puede hacer para que una empresa funcione de manera m√°s eficiente, no qu√© unidad o controlador elijo ", dice Aussie Schnore, ingeniero principal de GE Global Research. "No se trata del producto que obtengo, sino de c√≥mo puedo usarlo para administrar mi negocio de manera m√°s efectiva".

Cuando el motor se convierte en el controladorVisor Connect Box puede conectarse a todos los variadores y sistemas de control de automatización de GE Power Conversion en sitio.

Aplicaciones VFD descentralizadas

Los VFD les permiten a los operadores limitar los puntos de falla y reducir el tiempo de inactividad. Si bien a√ļn pueden estar conectados a una red para fines de monitoreo, su capacidad para continuar operando incluso si un cable u otro sistema externo se cae, significa que las operaciones pueden continuar sin obst√°culos.

"Digamos que algo le sucede a su cable de red que está utilizando para controlar el dispositivo. Ese es un punto de falla que ha agregado porque está usando un controlador. Ahora, el dispositivo se detiene y tiene que arreglar ese cable, pero si es solo un punto de monitoreo, la unidad continuará funcionando y cumplirá su función ", dice Mike Harris, ingeniero comercial senior de energía y movimiento en Rockwell Automation. "Cuando estaba en la escuela de ingeniería, una de las cosas en las que me insistieron fue: "Si no está allí, no puede fallar". Por lo tanto, mantener las cosas simples y usar menos componentes las hace más confiables".

Cuando el motor se convierte en el controladorLos variadores PowerFlex 755T de Rockwell Automation ayudan a optimizar la productividad y la flexibilidad de la aplicación.

Pero si bien la decisi√≥n es clara en estas aplicaciones simples y aisladas, evaluar las opciones para un escenario de l√≠nea, donde cada paso de un flujo de trabajo depende de otros dispositivos, se vuelve sustancialmente m√°s complicado. Por ejemplo, si bien un VFD con controles integrados puede ser √ļtil para una aplicaci√≥n de llenado de botellas donde una acumulaci√≥n de productos en una cinta transportadora podr√≠a continuar proces√°ndose incluso si el llenado cesa, ser√≠a menos eficaz en una operaci√≥n de flujo continuo, como el papel a cumplir, en el que cada paso debe permanecer sincronizado con los que vienen antes y despu√©s.

"Por lo general, si se trata de un sistema o una l√≠nea donde las cosas funcionan juntas, querr√° que se coordine un PLC. La gran diferencia es si las unidades est√°n unidas o no o pueden estar solas‚ÄĚ, dice Harris. "Si una secci√≥n de una l√≠nea no depende de otras secciones de la l√≠nea, queremos que siga funcionando, incluso si eso significa que tenemos que bajar el dispositivo aguas arriba donde est√° otro controlador".

Cuando el motor se convierte en el controladorLas CPU del Simatic S7-1500 de Siemens ofrecen productividad y eficiencia.

Posibles inconvenientes

En teoría, una mayor interconectividad entre las unidades habilitadas por el Internet industrial de las cosas (IIoT) podría aliviar estos desafíos, pero surge la pregunta de si ese enfoque es necesario, práctico o rentable.

Por un lado, a medida que aumenta la inteligencia de la unidad, las capacidades de control y la interconectividad, también lo hará el precio. Como resultado, aquellos que consideren opciones de control descentralizado deberán decidir si renunciar a un PLC ofrece o no suficientes beneficios para compensar el mayor costo inicial de comprar un disco avanzado.

"Nadie vende una unidad avanzada de forma gratuita", dice Andrew Brodie, l√≠der mundial en medici√≥n y control de procesos de Honeywell Process Solutions. ‚ÄúSiempre existe la pregunta de '¬Ņdeber√≠a obtener una unidad b√°sica y un PLC peque√Īo?', O '¬Ņobtengo una unidad m√°s avanzada?' Porque cuando se llega a los detalles, ya sea el proveedor de unidades o el proveedor de PLC: alguien est√° pagando por esa potencia de procesamiento adicional ".

Adem√°s, los problemas de interoperabilidad entre unidades de diferentes proveedores podr√≠an presentar barreras para la integraci√≥n, seg√ļn Randal Rausch, ingeniero del grupo de inform√°tica integrada de GE Global Research. Cuando se emplea un PLC centralizado, los protocolos de comunicaci√≥n est√°n estandarizados y la programaci√≥n se lleva a cabo en una ubicaci√≥n. Sin embargo, en configuraciones de m√ļltiples proveedores, dividir la l√≥gica de control y distribuirla entre elementos que usan diferentes est√°ndares podr√≠a ser un desaf√≠o.

"Si tengo una red de 30 VFD, ¬Ņpuedo administrar los 30 a trav√©s de una sola pieza de software o necesito administrarlos uno por uno?" dice Brodie "Los proveedores de PLC lo han estado haciendo hace 20 o 30 a√Īos, pero para un proveedor de unidades, puede ser necesario tratarlos como 30 controladores peque√Īos y, por lo tanto, administrar 30 aplicaciones peque√Īas".

Cuando el motor se convierte en el controladorEl PowerFlex 6000 de Rockwell Automation es adecuado para aplicaciones de torque variable nuevas y actualizadas.Consenso de la industria

Dejando a un lado los obst√°culos, el control descentralizado puede ofrecer innumerables beneficios. Los VFD con control integrado pueden generar ahorros de espacio significativos, as√≠ como reducir los costos de material y mano de obra asociados con el tendido de cables a un gabinete de control. No solo eso, sino que pueden prestarse bien a ciertas aplicaciones de alta precisi√≥n, como el control de movimiento rob√≥tico, que requieren tiempos de respuesta extremadamente r√°pidos. Incluso con veh√≠culos guiados automatizados o rob√≥tica m√≥vil aut√≥noma, la necesidad de mantener una huella peque√Īa puede fomentar el uso de VFD m√°s inteligentes.

Cuando se trata de problemas de interoperabilidad, algunas respuestas de la industria han comenzado a surgir. La Arquitectura Unificada de la Fundación OPC, por ejemplo, promete crear un estándar abierto y compartido mediante el cual varios dispositivos puedan comunicarse más fácilmente.

A√ļn as√≠, seg√ļn Schnore, no hay una respuesta directa sobre si los usuarios finales deber√≠an tratar de reducir la dependencia del control centralizado. Mucho m√°s importante es examinar las ofertas √ļnicas de proveedores individuales, as√≠ como tomar en cuenta las consideraciones del ciclo de vida, como los desaf√≠os de la integraci√≥n o los costos potenciales de volver a capacitar al personal para trabajar en nuevos equipos. Adem√°s, a medida que avanzamos, la divisi√≥n entre el control centralizado de PLC y el control descentralizado de VFD puede representar una dicotom√≠a cada vez m√°s anticuada. Por el contrario, en la era de IIoT, puede ser m√°s prudente preguntar c√≥mo los dispositivos m√°s inteligentes, de todo tipo, pueden utilizarse mejor para extraer valor y mejorar las operaciones comerciales en general.

"Lo que realmente se reduce a que se necesita la capacidad de tener control centralizado y descentralizado", dice Nelson. "Diría que las tendencias más recientes han sido poner más inteligencia en el PLC y menos en el disco, pero todavía hay muchas aplicaciones en las que el disco que tiene su propia inteligencia será la solución preferida".

Del mismo modo, incluso cuando se mantiene un PLC para el control, un VFD con mayor potencia de procesamiento integrada puede proporcionar inteligencia para monitorear el estado del equipo y realizar otros an√°lisis.

Dado el estado actual de la industria, la pregunta para los proveedores de tecnolog√≠a es: ¬ŅCu√°l es la motivaci√≥n para que el fabricante de un VFD ponga la l√≥gica de control en un dispositivo?

"Estamos diciendo: tenemos la capacidad de controlar este dispositivo, pero tambi√©n tenemos otro n√ļcleo. Tenemos potencia de procesamiento all√≠ y posiblemente no entreguemos ning√ļn valor‚ÄĚ, dice Rausch. ‚Äú¬ŅPor qu√© no convertir esto en valor? La funcionalidad de control adicional ser√≠a una forma de hacerlo, pero tambi√©n podemos [usarlo para] an√°lisis, puertas de enlace a Internet, registro y otras funciones que pueden ofrecer niveles adicionales de seguridad ".

Entonces, si bien el aumento en la potencia de cómputo alojada en los VFD ciertamente los hace capaces de un control más descentralizado, fuera de algunas aplicaciones de nicho, la mayor parte de la industria no estará en condiciones de deshacerse de sus cerebros PLC centrales en el corto plazo. Aun así, la creciente capacidad de los VFD para entregar valor a partir de los datos seguirá siendo una bendición para las industrias manufactureras.