Los movers flotantes aumentan el rendimiento y reducen el espacio ocupado por las máquinas en salas blancas

Los especialistas de Automation NTH consiguieron reducir a una décima parte el espacio necesario para una máquina de montaje de dispositivos de diagnóstico médico. Además, el rendimiento se aceleró de 5 min a 5 s por dispositivo. El sistema de transporte inteligente XPlanar de Beckhoff constituyó la base del innovador concepto de sistema. Gracias a sus movers flotantes, permite transportar y manipular los productos con total libertad y con hasta seis grados de libertad.

Automation NTH, fundada en 1999 y con sede en LaVergne (Tennessee, EE. UU.), comenzó su andadura como integrador de sistemas y se convirtió en proveedor de soluciones especializadas para aplicaciones de ciencias de la vida. «La mayoría de los equipos de automatización personalizados, especialmente en el montaje de dispositivos médicos, se centran especialmente en el software», afirma Peter Sarvey, jefe de ventas en Automation NTH. Por eso, a los especialistas en ciencias de la vida les gusta implantar nuevas tecnologías para automatizar las aplicaciones, a menudo muy complejas y con un uso de datos muy intensivo.

La máquina de ensamblaje de dispositivos de diagnóstico, de gran flexibilidad, puede llenar tres tipos de dispositivos diferentes, cada uno de ellos transportado por un mover XPlanar, con una selección de 50 reactivos en función de la formulación. Posteriormente, puede inspeccionarlos. Foto: © Beckhoff

Un perfecto ejemplo es una innovadora máquina de montaje de dispositivos de diagnóstico que aprovecha el sistema de transporte adaptable XPlanar de Beckhoff. Los movers XPlanar eléctricamente pasivos, que levitan sobre módulos de motor eléctricamente activos, ofrecen seis grados de libertad en el control del movimiento, con niveles extremadamente altos de precisión y repetibilidad. Según Automation NTH, esto se ha traducido en una excelente trazabilidad, dimensiones compactas en las costosas salas blancas y la máxima integridad del producto al dosificar reactivos sensibles.

"Hemos optado por XPlanar por su flexibilidad para transportar numerosos productos con gran variabilidad y su capacidad de adaptarse a todo tipo de cambios de cara al futuro", explica Rich Snodgrass, director de proyectos de Automation NTH.

Un configurador gráfico para XPlanar simplifica a los ingenieros la creación de diseños de mosaicos de baldosas motorizadas, la adición de movers, la definición de trayectorias y estaciones y la simulación de movimientos. Foto: © Beckhoff

El equipo tendría que operar en una sala blanca, con un espacio reducido debido a los controles ambientales necesarios de temperatura y humedad. Por todo ello, el sistema tenía que ser lo más compacto posible y, al mismo tiempo, poder admitir futuros cambios de producto. Según Molly Blazek, ni las mesas giratorias tradicionales ni los sistemas de transporte lineal cumplían estos requisitos.

Joseph Cocchini, ingeniero jefe de controles de NTH Automation, empezó a evaluar las opciones. Tras probar un producto de la competencia, Cocchini analizó los mismos requisitos con Todd Thollot, director del grupo de aplicaciones avanzadas de Beckhoff USA. "Tenía una lista de objetivos de lo más ambiciosa. Teníamos que coordinar dinámicamente los movers XPlanar para que utilizaran un gancho accionado por resorte para sujetar y luego soltar el producto, aparcar los movers en las baldosas motorizadas para la descarga, y asegurarnos de que la elevación, la inclinación, la rotación de 360 grados y otras capacidades coincidieran con las especificaciones anunciadas", afirma Joseph Cocchini.

"Todd ya había programado varios escenarios que dieron cabida de inmediato la mayoría de los requisitos. Además, la altura de levitación era mejor con XPlanar que con el sistema probado anteriormente, por lo que los movers podían inclinarse más", añade. "En general, la implantación de Todd fue mucho más limpia porque el sistema Beckhoff permite acceder a todos los aspectos de movimiento de cada mover individual, hasta las coordenadas ABC y XYZ. Esa capacidad casi infinita de configuración es la razón por la que acabamos decantándonos por XPlanar".

En la máquina de montaje de dispositivos de diagnóstico finalizada, los operarios introducen manualmente dispositivos específicos a través de un cajón. A continuación, un robot coloca el dispositivo en uno de los 18 movers XPlanar. Las herramientas personalizadas bloquean el dispositivo en su lugar en el mover. A continuación, el dispositivo se somete a una inspección visual mediante rotación de 360 grados.

Los movers hacen que los dispositivos leviten a través de múltiples de estaciones de dispensación que se alinean en la superficie de trabajo de 18 baldosas motorizadas. Los movers flotantes solo se detienen en las estaciones de dispensación especificadas en la receta de cada dispositivo, con una segunda inspección visual a mitad de proceso. Para el llenado, el mover XPlanar gira el dispositivo para que el reactivo se coloque en el lugar correcto para esa formulación.

Tras una inspección visual final, el dispositivo se coloca en un alimentador de bobina, que lo sella con un tapón de plástico adhesivo con una repetibilidad de +/-30 µm. A continuación, el mover deposita el producto acabado en un puesto de operador. El mover desliza el gancho de liberación en una ranura, se inclina hacia delante para liberar el dispositivo; a continuación, lo aparca con la alimentación desconectada en la baldosa de abajo para que deje de levitar. A continuación, un operario puede acceder de forma segura a través de la cortina de luz para retirar el dispositivo terminado.

Un servidor industrial Beckhoff C6670 con tecnología Intel Xeon ofrece una amplia capacidad de cálculo para el exigente control del sistema de transporte XPlanar y dispositivos de terceros. Foto: © Beckhoff

TwinCAT brindó una plataforma de ingeniería y ejecución de extremo a extremo para la automatización. Gracias a su integración en Microsoft Visual Studio, TwinCAT permite a los ingenieros programar en los lenguajes que mejor se adapten a la aplicación. Además, el software incluye un configurador gráfico para XPlanar que ayuda a crear diseños de mosaicos de baldosas motorizadas, añadir movers con solo arrastrarlos y soltarlos, definir trayectorias y estaciones y simular perfiles de movimiento.

En términos de hardware, un servidor industrial de armario de control C6670 de Beckhoff compatibiliza el control de dispositivos XPlanar y de terceros. Este PC industrial (IPC) de 40 núcleos posee una amplia capacidad de cálculo con algunos núcleos reservados para necesidades futuras. Lo que impresionó aún más a Joseph Cocchini es el IPC ultracompacto C6017 que alimenta el sistema de alimentación de bobinas de cuatro ejes.

"El C6017 tiene 8 GB de RAM DDR4, un disco duro de 320 GB, cuatro puertos Ethernet y cuatro puertos USB", explica Cocchini. "Ese pequeño ordenador con Windows 10 maneja nuestra HMI, del tamaño de un smartphone, con un Solid JavaScript personalizado, así como un servidor web Python y una base de datos MongoDB para OEE, recetas, configuraciones y mucho más. Nunca había visto cosa igual en toda mi carrera".

La comunicación rápida en tiempo real y la sincronización exacta con EtherCAT son cruciales para el control preciso del sistema XPlanar. La comunicación con las distintas cámaras, los cabezales dosificadores y otros dispositivos a través de EtherNet/IP fue posible con solo añadir el acoplador de bus adecuado. Todos los datos relevantes para la seguridad se transmiten a través de Safety over EtherCAT (FSoE) a los terminales TwinSAFE instalados en el segmento de E/S estándar para su evaluación con la lógica de seguridad necesaria. Así, si se dispara una parada de emergencia o una cortina de luz, el sistema pasa a un estado seguro sin necesidad de cableado. Junto con numerosos terminales EtherCAT para señales estándar, Automation NTH también utiliza módulos de E/S de Beckhoff para protección contra sobrecorriente y otras funciones.

Foto: © Beckhoff

"Los reactivos son muy sensibles a la humedad, la temperatura y el movimiento, por lo que la suavidad del movimiento sin contacto de XPlanar y la opción de refrigeración que ofrece Beckhoff contribuyeron a la compatibilidad con el producto del cliente", concluye Molly Blazek.

En la sede de Automation NTH en LaVergne, Tennessee (de izquierda a derecha): Peter Sarvey, jefe de ventas, y Joseph Cocchini, ingeniero superior de controles (ambos de Automation NTH), Richard Smith, ingeniero de ventas regionales (Beckhoff USA), Jeff Buck y Greg Young, copresidentes (Automation NTH), Adam Hoffman, ingeniero de aplicaciones (Beckhoff USA) y Molly Blazek, directora de cuentas estratégicas (Automation NTH) Foto: © Beckhoff