Tecnología servo en prensas flexo de banda angosta

“Motores Servo”, “servo accionado”, “entrenamiento directo”, “accionamiento sin engranes”, “prensas shaftless” o “gearless presses” -son algunos de los términos genéricos a los cuales se enfrenta cada día el impresor de etiquetas. Las siguientes clarificaciones están diseñadas para dar luz a estas vagas regiones de terminología técnica, con el fin de ayudar al usuario a comprender cuáles soluciones técnicas podrían representar la solución más eficiente para sus necesidades específicas, y qué “servo sistema” ofrece mayores ventajas en relación con el costo de producción.

La ventaja económica para el usuario podría incrementarse significativamente dependiendo del nivel de integración. El primer nivel empieza simplemente desacoplando los motores (nivel de integración más bajo) y se acaba con un nivel de integración muy elevado que componen sistemas altamente automatizados con hasta 11 ejes directamente servo accionados por módulo de impresión. 

También cabe resaltar que existen diferencias importantes en el diseño y construcción de los servo motores. La gama se extiende desde un servo-motor accionado con una caja de engranes para transmitir el movimiento, pasando por un accionamiento directo por medio de un servo motor estándar, hasta un accionamiento por servo motor totalmente integrado.

Es muy importante que el impresor esté consciente de los diferentes tipos de prensas servo accionadas disponibles en el mercado. Podría, en efecto, ser tanto una máquina híbrida combinando ejes de transmisión mecánicos y servo motores, como un sistema con tecnología de accionamiento individual directo por medio de servo motores completamente integrados. Este último tipo de prensas ofrece el más alto grado de automatización.

Génesis
La instalación centralizada de equipamiento eléctrico en máquinas ha sido una práctica común durante varias décadas. Típicamente, uno encuentra largas secciones de gabinetes de control montados en grupos de aplicación –como son fuente y distribución de poder, control y procesamiento de señales con numerosos cables que aseguran la conexión entre el sistema de control y la máquina. Las máquinas, por lo general, están equipadas con un motor central principal que transmite el movimiento rotativo a la prensa vía cardanes primarios, ejes principales y todo tipo de engranes.

En comparación con esos motores principales, los servo motores modernos ofrecen más funcionalidades. Además de generar torque y una velocidad rotativa controlada, las ventajas de los servo motores permiten la rotación angular sincronizada de dos ó más cardanes, levas y mucho más. Los servo motores generan una amplia base para, a partir de la misma, incrementar la automatización en el diseño de máquinas y equipamiento y mejorar su calidad. 

El motor, el servo inversor y el transmisor son componentes cercanamente vinculados los cuales, junto con el segmento de transmisión mecánica, forman una unidad. Con la adición de software especializado se forma un módulo descentralizado de accionamiento. Se puede entonces combinar varios de esos módulos en una máquina, vinculándose por medio de un bus informático.

Cada vez más, se usan motores trifásicos libres de mantenimiento para los servo motores de máquinas de producción. No se requiere ningún tipo de servicio o mantenimiento porque el motor no contiene ninguna parte de desgaste como son conmutadores o colectores (escobas de carbón). Un transmisor de alta resolución integrado en el motor (“encoder”) provee la señal de localización digital necesaria al control del inversor.

Los servo motores son accionados mediante inversores específicos accionados a través de un controlador (a veces llamado inversor de frecuencias). El software del controlador es un factor significante para la determinación de calidad del servo-motor porque un software de alta calidad permite balancear partes inasequibles en la máquina.

A través de la fuente de energía, el condensador almacena la energía eléctrica y luego la restituye al inversor que alimenta el propio motor. La sección de software cubre el control y la regulación y, junto con los componentes electrónicos, es responsable del control del convertidor de potencia del motor, de la supervisión de otras funciones y de la comunicación de datos.

Flexibilidad agregada
A mayor flexibilidad en procesos o variedad de sustratos, más adecuada se vuelve la elección del uso de tecnología de accionamiento servo. En estos casos, la tecnología de accionamiento debe tener opciones de ajuste completamente libres así como de ser modificable según el uso previsto. El requerimiento adicional para una modularización consistente y una configuración abierta según principios de modularidad justifica la necesidad de tener múltiples motores en cada módulo.

Con la tecnología de accionamiento híbrida, los requerimientos son distribuidos: Unidades de procesamiento como son los grupos de impresión o las unidades de troquelado son sincronizadas y accionadas usando ejes mecánicos clásicos, como por el pasado. Una unidad híbrida típica es caracterizada por un eje lineal accionado mediante un servo motor. En este caso, el hecho de agregar un servo motor al eje no aumenta de manera significativa la calidad del producto, es decir, lo que la prensa podía procesar antes de la adición de ese motor no tendrá una variación notable a nivel cualitativo ya que se sigue dependiendo de transmisiones y engranes mecánicos. En contraste, los elementos de accionamiento para el sistema de alimentación de la bobina como los rodillos de transporte o de enfriamiento son constituidos por motores individuales. Esta tecnología de accionamiento permite, pues, el procesamiento de sustratos de impresión de diferentes espesores, sin la necesidad de intercambiar dichos rodillos.

Algunas limitaciones de los accionamientos mecánicos siguen siendo, sin embargo: Ruido, desgaste, vibración, alto nivel de requerimiento de mantenimiento, flexibilidad rotacional limitada y grandes restricciones para lograr funciones automatizadas.

La tecnología de accionamiento individual directo, con elementos de transmisión mecánicos, ofrece una solución que sigue incluyendo algunos compromisos: 

Elementos de transmisión mecánicos como pueden ser engranes, correas, acoplamientos, etcétera, neutralizan parcialmente las ventajas que conllevan los servo motores individuales. Permanece entonces la posibilidad de que la impresión salga con marcas y manchas diversas. Así mismo, como todos los elementos mecánicos sufren desgaste, pueden afectar la calidad final del producto impreso.

Con la tecnología de accionamiento individual directo con servo motores integrados, todos los ejes mecánicos que tienen un impacto sobre la calidad final de un producto impreso son accionados directa e individualmente por medio de servo motores totalmente integrados. En realidad, el rotor del motor viene constituido por el mismo eje que se pretende accionar (el rodillo de impresión, por ejemplo o el rodillo anilox, el porta clichés o el rodillo de enfriamiento). No existe ningún elemento de transmisión más, y los impactos potencialmente negativos son, así, completamente eliminados. Una palabra genérica que se escucha de manera común es prensas “gearless” (sin engranes). Esa palabra suena muy bien, pero desafortunadamente, no describe el nivel de integración servo existente en la prensa. Una prensa puede ser “gearless” y, sin embargo, seguir teniendo presentes elementos de transmisión mecánicos. Únicamente el servo motor integrado no conlleva ningún elemento de transmisión mecánico, pero es muy exclusivo porque requiere que el fabricante de las prensas colabore estrechamente con el fabricante de los motores para obtener un diseño personalizado, ya que todos los servo motores disponibles en el mercado siempre requieren de algún tipo de conexión mecánica. Y es precisamente a ese nivel de la conexión que pueden intervenir desviaciones axiales o radiales que pueden afectar la calidad del producto impreso.

Maximizar el diseño
El objetivo común en nuestra industria es maximizar la estética y atractivo de las etiquetas que decoran e identifican los productos. La transferencia del diseño en tecnología de impresión y de acabado significa, muy a menudo, usar prensas operando múltiples procesos de impresión como flexografía, serigrafía, rotograbado u offset y combinarlos con uno o varios procesos de acabado: Estampado en frío y/o caliente, suaje, laminación, etcétera.

Dependiendo de los requerimientos de impresión, diferentes etapas de procesos individuales podrían tener que ser reemplazadas o intercambiadas. Por ese motivo, el fabricante de máquinas de impresión busca alcanzar un máximo de flexibilidad en la configuración de las opciones que ofrecen sus prensas.

Una máquina de impresión de etiquetas es compatible con el futuro y representa una inversión segura si puede ser extendida de manera flexible con facilidad, y si es viable con los más diversos procesos. La flexibilidad buscada tiene también que ser garantizada y soportada sin ningún compromiso con la elección del sistema eléctrico (control, motor, servicio).

Los requerimientos para módulos independientes son: Un motor inteligente y el uso de tecnología de accionamiento individual con la correspondiente inteligencia en cada uno de los módulos. Para validar el concepto modular del equipo, las diferentes unidades (sean de impresión o de procesamiento) necesitan poder ser incrementadas o disminuidas cómodamente para crear diferentes secuencias. Eso requiere de una construcción consistente soportada por las tecnologías de accionamiento individual y sistemas de control descentralizados. Cada módulo debe pues incorporar su entera inteligencia en adición a motores individuales y el correspondiente control de funciones de movimiento.

Cuando módulos estándares de funciones con sus redes de servo motores son usados, se potencializa una gran racionalización, la cual ofrece ventajas competitivas reales al impresor. La frecuencia de operación de las prensas de banda estrecha depende en gran medida de los tiempos de operación y de los ciclos del software. Redistribuyendo la computación a una inteligencia descentralizada produce un incremento en la productividad con una calidad mejorada.

El sistema de control se diseña siguiendo un concepto con sistema de tres turnos. Los niveles de control de motor y función tecnológica son diferenciados así como la funcionalidad de la PCL como nivel maestro. El control del motor cubre el software para todas las funciones del servo motor. Esas son, entre otras cosas, valores de amperaje, voltaje, torque y posición angular. Los parámetros de ajuste para el control del motor y de la comunicación también se incluyen.

La funcionalidad de la PLC es responsable para cualquier control adicional de tareas de procesamiento en la sección de máquina correspondiente. La comunicación entre el sistema de control y el controlador del motor forma el vínculo comunicativo entre los diferentes controladores.

El concepto de control anticipa estructurando los módulos individuales que son acoplados vía un system bus (CANsync). Cada módulo puede ser conectado al cardán electrónico maestro como eje virtual maestro. Al mismo tiempo, ese bus sistema puede ser usado para la comunicación entre los módulos. Una estructura consistente es ahora posible tanto para el software como para el hardware.

La comunicación con el controlador lógico programable (PLC) que está integrado en el motor se lleva a cabo a través del field bus vía Ethernet. Cada módulo comprende a lo menos un controlador de motor y una PLC rápida, integrada en el mismo controlador que es diseñado para una supervisión de movimiento muy exacta.

Por lo menos un microprocesador (CPU) está incluido por módulo para la correspondiente mecánica y es coordinado a través del bus sistema con su propio programa adaptado a los requerimientos específicos del módulo. Los datos correspondientes son mandados a un panel de control con pantalla táctil usando una plataforma Windows NT para su visualización.

El nivel de prioridad de las órdenes para el acceso al bus es determinado entre el máster (maestro) y el slave (esclavo). El máster es la unidad de control central del bus y puede iniciar acciones en el bus de manera autónoma. Provee datos a los slaves cíclicamente y requiere a su vez, datos de los mismos. En el caso de los servo motores integrados, inteligentes y descentralizados, todos los motores (slaves) reciben una función máster. Eso les permite intercambiar datos entre ellos.

En un motor de accionamiento, la parte funcional y la de control trabajan en conjunto en el mismo sub-módulo. Las interfaces de los sistemas son mutuamente y óptimamente adaptadas y, por ende, todo el sistema opera muy rápidamente y muy precisamente.

En el pasado, la automatización de las máquinas comprendía muchos componentes individuales con funciones limitadas y diferente ingeniería. Con los últimos avances, la entera función de control comprende un sistema de ingeniería interconectado en el cual todos los requerimientos son resueltos usando un planteamiento flexible y orientado al cliente.

La perfecta sincronización entre aspectos de control mecánico, eléctrico y de movimiento, optimiza la máquina de impresión y le ofrece al impresor de etiquetas las siguientes ventajas significativas:

• Una calidad reproducible y más elevada para el producto final
• Una eficiencia de producción más elevada gracias a disminuciones masivas en tiempos de arreglo, de parada de máquina, de cambio de trabajo y de desperdicio
• Una reducción substancial en desgaste y ruido de operación
• Un requerimiento de servicio mínimo

La tecnología de accionamiento individual con servo motores completamente integrados permite ajustar unidades de impresión fuera de línea, mientras la prensa sigue imprimiendo. Cuando la unidad de impresión se vuelve a conectar y se pone en producción, la velocidad se sincroniza instantáneamente, el infeed de impresión y los parámetros de registro son automáticamente ajustados y controlados por el programa.

Servo motores integrados (“integrated servo drives”), accionamientos directos (“direct drives”), accionamientos individuales (“single drives”), accionamiento sin engranes (“gearless drive”) o accionamiento sin cardán (“shaftless drive”): ¿cuál es lo adecuado para usted? Para contestarse a sí mismo esa pregunta, recuerde que lo importante es entender: “¿cuál es el nivel de integración servo que me ofrece la prensa?”