Variadores para Maquinaria de impresión y envasado

Una prensa de impresión o una máquina de envasado es un conjunto de ejes que deben mantener una relación fija mientras la línea corre a cientos de metros por minuto. El desenrollador debe alimentar la banda al mismo ritmo que la consumen las secciones de impresión, las secciones deben estar enclavadas en fase entre sí y el rebobinador debe recogerla con una tensión que no estire el soporte ni deje que se desvíe. Nada de eso es un problema de un solo variador: es un problema de control multiaccionamiento.

El lado del fabricante de máquina tiene sus propias prioridades. El variador se monta dentro de un cuadro de una máquina que se enviará, instalará y pondrá en marcha por otro, así que debe ser compacto, debe aceptar un bus de campo en lugar de un manojo de cables analógicos y debe llegar preparametrizado. La especificación que importa al fabricante no es la capacidad de sobrecarga del variador, sino su carga de ingeniería: cuántas horas de su tiempo cuesta hacer que la máquina funcione.

La relación entre las secciones de una prensa no es una relación de velocidades en el sentido ordinario. La banda pasa por rodillos de distintos diámetros, se estira ligeramente bajo tensión y desliza una pequeña cantidad en cada pinza. Lo que el sistema de accionamiento debe sostener es, por tanto, la fase de cada sección respecto al maestro, corregida por una marca de registro o una célula de carga y no por una relación calculada. Eso convierte el lazo de velocidad del variador y su entrada de corrección en dos cosas distintas, y confundirlas es el error más habitual en modernizaciones.

La disposición mecánica decide cómo se aplica la corrección. En una línea con un sensor de registro por sección, la consigna de velocidad de cada sección se ajusta con su propio término de corrección. En una línea con un único transductor de tensión en un bailarín, la corrección se aplica a todo el recorrido de banda y las secciones permanecen acopladas mecánicamente en relación. Modernizar un sistema de accionamiento implica identificar cuál de estos dos es la máquina, porque la estructura de control se deriva de ello y no puede elegirse libremente.

Un bus de continua común suele ser la respuesta económica en una línea con varias secciones. La energía de aceleración y deceleración se transfiere entre secciones a través del enlace común en lugar de por resistencias de frenado individuales, y el variador de cada sección puede ser menor porque ya no debe absorber por sí solo toda la exigencia del rebobinador.

La tensión debe mantenerse dentro de una banda estrecha. Si es excesiva, el soporte se estira, el registro se desplaza y la bobina acabada queda con el núcleo flojo; si es insuficiente, la banda se desvía, se arruga y se dobla. El diámetro cambia continuamente a medida que se desenrolla la bobina, de modo que la referencia de par del variador debe recalcularse a partir del diámetro en cada revolución si se quiere mantener constante la tensión.

Hay tres formas de controlarla y cada una exige algo distinto del variador. El control de par en lazo abierto calcula el diámetro a partir de la velocidad de línea y de la del eje y fija el par del motor con él: barato, suficiente con un soporte estable y dependiente de la precisión de par del variador. El control en lazo cerrado con célula de carga mide la tensión directamente y las correcciones son exactas, a costa de un transductor y su cableado por bobina. El control por bailarín usa un rodillo mecánico y un sensor de posición, y es el más tolerante de los tres con un soporte elástico.

En los tres casos el variador debe poder girar a muy baja velocidad con pleno par, o incluso en modo de par a velocidad cero mientras se enhebra la línea. Es una cuestión de capacidad en fase de especificación, y es la razón de que un variador de propósito general elegido por potencia a menudo no sirva para un eje bobinador.

El cuadro de un fabricante de máquinas tiene restricciones distintas a las de un cuadro de planta. Debe caber en el espacio que le asignó el diseñador de la máquina, evacuar calor sin aporte de aire exterior porque la sala del cliente puede estar más caliente que el taller del fabricante, y su cableado debe sobrevivir al transporte. Eso suele significar variadores montados uno junto a otro en disposición de libro respetando al milímetro las distancias del fabricante, y una barra de continua común en lugar de rectificadores individuales.

La elección del bus de campo es la otra decisión definitoria. Un variador que acepta el bus que ya usa la máquina —ya sea Ethernet en tiempo real o un bus de campo basado en CAN— elimina toda una capa de E/S del cuadro. En una máquina de ocho o diez ejes, el ahorro en bornes, cable y tiempo de cuadro suele ser mayor que cualquier diferencia de precio del variador.

El último punto es la seguridad. Una máquina herramienta o una línea de envasado normalmente exige una función de eliminación segura de par, y tenerla integrada en el variador en lugar de añadida con contactores cambia el tamaño del cuadro y el análisis de riesgos. Cambia también el comportamiento de parada de la máquina, que el expediente de seguridad debe recoger.