Determinar cuándo usar unidades de frecuencia variable inteligentes sin un controlador lógico programable externo es una cuestión de equilibrio de costos, utilidad y practicidad.
may 19, 2020
Por David Miller
El crecimiento de la potencia informática avanzada integrada en un número creciente de dispositivos está cambiando la cara de la automatización, y los variadores de frecuencia (VFD, por su sigla en inglés) son una gran parte de esta tendencia. Capaces de controlar motores variando la frecuencia y el voltaje de su fuente de alimentación, los VFD pueden mejorar la eficiencia energética; reducir la tensión mecánica innecesaria; y calibre del torque, la velocidad y la potencia para adaptarse mejor a los requisitos del proceso. Además, a medida que la inteligencia ha migrado de los controladores lógicos programables centralizados (PLC) a los VFD descentralizados, la nueva funcionalidad, como las redes y los diagnósticos, los ha convertido en un activo invaluable.
Según Craig Nelson, gerente senior de productos de la unidad de control de movimiento de Siemens Digital Industries Software, el cambio hacia VFD más inteligentes comenzó por primera vez en la década de 1990, cuando los PLC requerían una inversión sustancialmente mayor y las limitaciones en la comunicación entre los variadores y los controladores creaban problemas de latencia y rendimiento. Desde entonces, la caída de los precios en los PLC, que se consideran cada vez más como un producto básico, y las capacidades de comunicación más rápidas han revertido la tendencia hasta cierto punto, pero la capacidad de inteligencia de los VFD sigue siendo y tiene un valor sustancial para ofrecer.
Las 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 diseña activos en una isla. Se trata de sistemas y de lo que se puede hacer para que una empresa funcione de manera más eficiente, no qué unidad o controlador elijo ", dice Aussie Schnore, ingeniero principal de GE Global Research. "No se trata del producto que obtengo, sino de cómo puedo usarlo para administrar mi negocio de manera más efectiva".
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Aplicaciones VFD descentralizadas
Los VFD les permiten a los operadores limitar los puntos de falla y reducir el tiempo de inactividad. Si bien aún 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 obstáculos.
"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".
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Pero si bien la decisión es clara en estas aplicaciones simples y aisladas, evaluar las opciones para un escenario de línea, donde cada paso de un flujo de trabajo depende de otros dispositivos, se vuelve sustancialmente más complicado. Por ejemplo, si bien un VFD con controles integrados puede ser útil para una aplicación de llenado de botellas donde una acumulación de productos en una cinta transportadora podría continuar procesándose incluso si el llenado cesa, sería menos eficaz en una operación de flujo continuo, como el papel a cumplir, en el que cada paso debe permanecer sincronizado con los que vienen antes y después.
"Por lo general, si se trata de un sistema o una línea donde las cosas funcionan juntas, querrá que se coordine un PLC. La gran diferencia es si las unidades están unidas o no o pueden estar solas”, dice Harris. "Si una sección de una línea no depende de otras secciones de la línea, queremos que siga funcionando, incluso si eso significa que tenemos que bajar el dispositivo aguas arriba donde está otro controlador".
Las 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, líder mundial en medición y control de procesos de Honeywell Process Solutions. “Siempre existe la pregunta de '¿debería obtener una unidad básica y un PLC pequeño?', O '¿obtengo una unidad más avanzada?' Porque cuando se llega a los detalles, ya sea el proveedor de unidades o el proveedor de PLC: alguien está pagando por esa potencia de procesamiento adicional ".
Además, los problemas de interoperabilidad entre unidades de diferentes proveedores podrían presentar barreras para la integración, según Randal Rausch, ingeniero del grupo de informática integrada de GE Global Research. Cuando se emplea un PLC centralizado, los protocolos de comunicación están estandarizados y la programación se lleva a cabo en una ubicación. Sin embargo, en configuraciones de múltiples proveedores, dividir la lógica de control y distribuirla entre elementos que usan diferentes estándares podría ser un desafío.
"Si tengo una red de 30 VFD, ¿puedo administrar los 30 a través 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 años, pero para un proveedor de unidades, puede ser necesario tratarlos como 30 controladores pequeños y, por lo tanto, administrar 30 aplicaciones pequeñas".
El PowerFlex 6000 de Rockwell Automation es adecuado para aplicaciones de torque variable nuevas y actualizadas.Consenso de la industria
Dejando a un lado los obstáculos, el control descentralizado puede ofrecer innumerables beneficios. Los VFD con control integrado pueden generar ahorros de espacio significativos, así 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 precisión, como el control de movimiento robótico, que requieren tiempos de respuesta extremadamente rápidos. Incluso con vehículos guiados automatizados o robótica móvil autónoma, la necesidad de mantener una huella pequeña puede fomentar el uso de VFD más 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.
Aún así, según Schnore, no hay una respuesta directa sobre si los usuarios finales deberían tratar de reducir la dependencia del control centralizado. Mucho más importante es examinar las ofertas únicas de proveedores individuales, así como tomar en cuenta las consideraciones del ciclo de vida, como los desafíos de la integración o los costos potenciales de volver a capacitar al personal para trabajar en nuevos equipos. Además, a medida que avanzamos, la división entre el control centralizado de PLC y el control descentralizado de VFD puede representar una dicotomía cada vez más anticuada. Por el contrario, en la era de IIoT, puede ser más prudente preguntar cómo los dispositivos más 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 análisis.
Dado el estado actual de la industria, la pregunta para los proveedores de tecnología es: ¿Cuál es la motivación para que el fabricante de un VFD ponga la lógica de control en un dispositivo?
"Estamos diciendo: tenemos la capacidad de controlar este dispositivo, pero también tenemos otro núcleo. Tenemos potencia de procesamiento allí y posiblemente no entreguemos ningún valor”, dice Rausch. “¿Por qué no convertir esto en valor? La funcionalidad de control adicional sería una forma de hacerlo, pero también podemos [usarlo para] análisis, 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.
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