¿Qué son los Servo Drives? Aspectos básicos para un diseñador de sistemas

“Los Servo Drives son sistemas de control automatizados que se utilizan en todo tipo de aplicaciones, desde máquinas CNC hasta robótica, pasando por la automatización de almacenes”

Advanced Motion Controls diseña y fabrica Servo Drives para sistemas de control de movimiento. Esa es la respuesta que podríamos dar cuando alguien pregunta “¿Qué hace Aadvanced Motion Controls?”.

Para algunas personas, eso es todo lo que necesitan saber. Para otros, puede plantear más preguntas que respuestas. Tenemos que recordar que no todo el mundo tiene conocimientos de control de movimiento, ni de electrónica, ni siquiera de ciencia e ingeniería.

En este artículo vamos a repasar los fundamentos de los Servo Drives explicados para un diseñador de sistemas mecatrónicos y cómo encajan dentro de un sistema completo de motion control.

Niveles de potencia en la electrónica de control 

No todos los Servo Drives son iguales. Cada uno tiene una tensión nominal de funcionamiento y unos valores máximos de corriente continua y de pico en concreto. 

Cabe destacar, que por norma general, los Servo Drive con mayor tamaño suelen ser más potentes y tener una menor resolución de control de corriente. Para ello AMC, especialmente en los últimos años, ha realizado avances para aumentar la densidad de potencia en la serie FlexPro.

Tal vez un niño de 5 años podría entender esto, pero por si acaso, no intente alimentar un motor de 5 amperios con un Servo Drive de 80 amperios. Así como, no intente hacer funcionar un motor de 80 amperios con un minúsculo Servo Drive de 5 amperios.

Factor de forma

Los Servo drives tienen varias formas y tamaños. Y, dependiendo de la aplicación, se debe escoger uno u otro modelo.

Montaje en panel

Los Servo Drives de montaje en panel tienen una placa base de metal y una cubierta de plástico o metal fino que encierra la placa de circuito impreso.

Los agujeros o muescas de la placa base se utilizan para montar los Servo Drive en una superficie plana mediante tornillos.

Esta es la forma tradicional de Servo Drives que suele utilizarse en las máquinas.

Montaje en PCB

Los Servo Drives de montaje en PCB se fabrican sin carcasa ni revestimientos. Están diseñados para ser montados directamente en otra placa de circuito mediante clavijas o soldadura, de forma similar a como podría fijarse un subcomponente.

Este tipo de electrónica es muy compacta y ofrecen una conectividad fiable, pero están menos protegidos de los elementos. Suelen utilizarse tanto en robótica fija como móvil.

Los Servo Drives montados en placa de circuito impreso se conectan a veces a una tarjeta de montaje para ofrecer conexiones más tradicionales con hilos y cables. Manteniendo así, su carácter compacto. Esto puede ahorrar al diseñador de la máquina la molestia de diseñar una placa de circuito impreso con los conectores de pines exactos para adaptarse a la unidad.

Montaje en vehículo

Los Servo Drives para montaje en vehículos están firmemente protegidos por una gruesa carcasa de plástico y una pesada placa base. Los terminales de tornillo se utilizan para permitir una corriente elevada. Como su nombre indica, se utilizan en aplicaciones móviles.

Independientemente del factor de forma, el rendimiento es el mismo.  La diferencia está en la facilidad de instalación para diferentes industrias y aplicaciones.

Redes

En los robots, vehículos móviles, máquinas y otros sistemas de control de movimiento, es probable que haya más de un eje de movimiento. Eso significa más de un motor, lo que suele significar más de un Servo Drive. El controlador necesita enviar los comandos a todos ellos.

Hay dos maneras de que el controlador haga esto. Primero, con los Servo Drives analógicos, es necesario un esquema de control centralizado donde el controlador está conectado individualmente a cada uno de ellos.

Sin embargo, con los Servo Drives digitales es posible un esquema de control distribuido mediante el uso de una red. Una red encadena los Servo Drives. Por lo que, se pueden enviar mensajes o paquetes de datos a través de la red y los Servo Drives responderán a los datos que se les dirijan.

Hay una variedad de protocolos de red diferentes. Las redes de tiempo real como EtherCAT o EtherNet/IP permiten tiempos de respuesta increíblemente rápidos, enviando actualizaciones en menos de un milisegundo. Otras redes como CANopen o ModBus no son tan rápidas, pero son más fáciles y menos costosas de implementar.

Cada modelo de Servo Drive digital de ADVANCED Motion Controls está diseñado para un protocolo de red específico, con muchas opciones disponibles.

Otros tipos de motores 

Al igual que los teléfonos móviles han evolucionado, los Servo Drives pueden hacer mucho más hoy en día que hacer funcionar los servomotores. Además de los servomotores estándar con escobillas y sin escobillas, pueden utilizarse para controlar motores lineales, motores paso a paso bifásicos y trifásicos, motores de inducción de CA, “voice-coil” y mucho más.

Incluso si su sistema tiene varios tipos de motor, es muy posible que pueda controlarlos todos utilizando el mismo o similares modelos de Servo Drives, lo que simplifica su diseño.

E/S 

La funcionalidad de E/S (entrada/salida) se utiliza en los Servo Drives digitales para permitirles intercambiar señales altas/bajas con otros dispositivos del sistema. Estos dispositivos pueden ser sensores de temperatura, interruptores de límite, sensores de presión o incluso otros Servo Drives.

El uso de E/S puede ser muy útil para permitir que controlen funciones sencillas en la máquina y alivien la carga del controlador y/o la red.

Aislamiento 

Tanto los servomotores como la fuente de alimentación van a necesitar aislamiento eléctrico. De otro modo, si la tierra no está conectada puedes terminar friendo tu servo drive y los demás componentes del sistema. Para que no ocurra esto necesitas servo drives con aislamiento óptico integrado o una fuente de alimentación con un transformador de aislamiento.

Las excepciones a esta regla son los sistemas alimentados por baterías y los sistemas con Servo Drives que están diseñados para recibir alimentación de CA directamente.

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