El eje eléctrico consiste en el uso de un encoder (transductor rotativo que transforma un movimiento angular en una serie de impulsos digitales), que se encuentra vinculado mecánicamente al eje del servomotor (master), que suministra a cada instante la información de posición y velocidad de dicho eje a un variador de frecuencia universal. Este último controla un servomotor para el accionamiento de éste en eje eléctrico (esclavo), de forma de mantener correctamente en cada instante la relación de posición y velocidad entre ambos ejes (ver Cuadro 1).

A diferencia del seguimiento en velocidad (que mantiene exclusivamente la velocidad entre los ejes, mas no la posición relativa entre ambos), el eje eléctrico asegura en todo instante el mantenimiento de la velocidad y la posición relativa entre ambos ejes, independientemente de una perturbación.

Cuadro 1: Solución de etiquetado de envases a alta velocidad utilizando
eje eléctrico con variador de frecuencia universal y servomotor.

La solución aplicando un variador de frecuencia universal

El variador de frecuencia universal ha marcado la evolución de los accionamientos de corriente alterna, pasando de ser un simple controlador de velocidad y par a un sofisticado accionamiento, capaz de satisfacer aplicaciones con lógica distribuida y centralizada. Utilizando las excelentes prestaciones dinámicas de un variador de frecuencia universal, es posible obtener una solución de eje eléctrico estructurada de la siguiente forma (ver cuadros 2 y 3):

• El eje esclavo es comandado en lazo cerrado vectorial por un servomotor.

• La señal de control del variador de frecuencia universal se elabora en un coprocesador del mismo drive de 32 bits mediante el software de control de posición avanzada. El software compara la señal de los encoders de eje maestro y esclavo elaborando el control en velocidad del motor eléctrico a fin de mantener la relación deseada entre los referidos ejes.

• El software establece un reductor de velocidad virtual a fin de establecer una relación de velocidades diferente de 1:1 entre los ejes. Las relaciones posibles varían desde 0 hasta 8 y pueden ajustarse con un entero y hasta 8 decimales, lo que garantiza una excelente performance en precisión milimétrica.

• La reducción puede modificarse desde la HMI del variador, mediante un parámetro para tal efecto. Dicha modificación puede realizarse con el sistema en tiempo real, permitiendo relacionar los ejes con diferentes relaciones según el momento del proceso industrial que se considere, sin detención de producción.

Cuadro 2: La señal de control del drive se elabora en un coprocesador del mismo drive mediante el software de control de posición avanzada. De esta forma, el software compara la señal de los encoders de eje maestro y esclavo elaborando el control en velocidad del motor eléctrico a fin de mantener la relación deseada entre los referidos ejes. Además, el software emula un reductor de velocidad virtual a fin de establecer una relación de velocidades diferente de 1:1 entre los ejes, posibilitando una precisión milimétrica.

Cuadro 3: Aplicación de servosistema con eje eléctrico en procesos de corte, utilizando un encoder maestro, el encoder del servomotor y el control con un variador de frecuencia universal conectado a una interfaz de operador.

Ventajas de la aplicación de eje eléctrico

Dentro de las ventajas que se encuentran asociadas a la implementación del eje eléctrico en servosistemas, se encuentra el uso del jog dinámico, una herramienta de software que permite atrasar o adelantar la posición de un eje en relación al otro.

Su gran fortaleza es que puede realizarse durante la operación sin detener la marcha de los ejes. La magnitud del desplazamiento y su velocidad son ajustables a fin de lograr una operación suave sin discontinuidades. Además, permite la recuperación de posición, ya que si se produce una detención del eje esclavo, él mismo puede volver a sincronizarse con el eje maestro a través de una rampa lenta logrando una sincronización suave. La rampa es ajustable y puede ser lineal o en curva "s", evitando en este último caso cambios bruscos de aceleración. La posición final entre los ejes, una vez alcanzada la sincronización, puede ajustarse mediante el jog dinámico. La operación en eje eléctrico puede conmutarse a operación en posición en forma gradual sin discontinuidades. Esta facilidad puede utilizarse para detener siempre el eje esclavo en una posición correctamente determinada.

A nivel de conectividad, los variadores de frecuencia universal poseen generalmente comunicación ASCII y Modbus RTU de origen, facilitando la comunicación serie con los PLCs. Opcionalmente, pueden equiparse para conectividad con los buses rápidos más comunes, como Profibus DP, CTnet, Interbus, DeviceNet, Modbus Plus, entre otros.

Cuadro 4: Solución para una máquina envasadora y la precisión y velocidad de
producción con la cuchilla rotatoria, utilizando eje eléctrico con Variador de
Frecuencia Universal.