Ajuste de estructuras metálicas con Profibus
El incremento de la digitalización en muchas empresas fabricantes ha conducido a una complejidad aún mayor de los sistemas ICE, lo que puede desbordar rápidamente la rutina prevista del sistema de control requerido por el cliente. El siguiente ejemplo muestra cómo, con un buen trabajo de equipo, un horno de tratamiento térmico para metales no solo ahorra espacio, sino que también pasa a formar parte de la red de producción digital.
Los metales son un mundo fascinante a nivel atómico. Su estructura es un entramado regular en el que los niveles atómicos oscilan en direcciones opuestas bloqueándose y apoyándose mutuamente, creando una retícula casi irrompible. Mediante aleaciones y tratamiento térmico, el ser humano ha intentado obtener, a partir de los metales, materiales en cantidades adecuadas provistos de ciertas características deseables. Una parte esencial de este proceso, desde la primera forja, se ha mantenido invariable: los pasos de calentamiento y enfriamiento controlados, y el correspondiente trabajo mecánico.
Los cambios obtenidos en la estructura interna de metales y aleaciones han generado diferentes características: Dureza superficial, resistencia a la temperatura, estabilidad o ductilidad. Un científico de materiales rara vez queda satisfecho una vez alcanzada una meta; y la mayoría de las veces tiene que tomar decisiones de compromiso. Los fundamentos no han cambiado en cientos de años, lo que explica la gran importancia que procesos como el curado, el enfriamiento, la carburación, la nitrificación o el temple tienen aún para los usos industriales actuales. Y los expertos en esta área se han ido formando durante décadas. Un ejemplo de ello es la empresa Wilhelm Alte GmbH, que se constituyó justo después de la Segunda Guerra Mundial.
Mientras que, al principio, la principal preocupación era el tratamiento térmico clásico, la gama de servicios ofrecidos hoy en día se ha vuelto mucho más amplia, incluyendo recientemente nuevos procesos como el endurecimiento por rayos láser y la soldadura láser por deposición con diferentes tipos de polvos.
Con los modernos equipos ICE
Durante 50 años, Wilhelm Alte no se ha dedicado solamente al tratamiento de metales: también ha construido hornos industriales y sistemas bajo petición. Sus listas de productos solicitados y producidos son igual de largas y abarcan desde sistemas de cintas transportadoras a hornos de forja oscilantes para templado y recocido. Los hornos industriales se calientan con gas y electricidad y siempre están equipados con tecnologías de corte, medición y regulación.
Normalmente, un horno industrial no es un sistema ICE muy complejo. Dependiendo de su uso, consiste básicamente en la combinación correcta de sensor de temperatura, regulador de rendimiento y panel de control. No obstante, la proliferación de variables y la complejidad de las empresas de fabricación de los clientes implican desafíos crecientes para la empresa de 80 empleados en Sauerland.
“Normalmente construimos y adaptamos las cabinas de control nosotros mismos, y también programamos los controles porque valoramos la profundidad de fabricación” –comenta Bernd Junior, gerente de electricidad de Wilhelm Alte. Pero puede haber circunstancias en las que un elevado número de pedidos en combinación con diseños complejos nos lleve a recurrir a socios externos. “Hubo algunas situaciones difíciles con un proyecto a finales del año pasado” –añade Junior. La presión de un tiempo limitado junto con la utilización de nuevas tecnologías. Fue entonces cuando itsme Schultze Erbse entró en juego.
Fue una solicitud de VDM Metals, un proveedor global de soluciones, productos y servicios de materiales metálicos de alto rendimiento, como aleaciones de níquel o cobalto, y aceros inoxidables especiales que se utilizan en muchos sectores, desde la industria automovilística hasta el petróleo y el gas. Detlef Potrafke, responsable de tecnología de sistemas en VDM, añade: “De vez en cuando tenemos que actualizar nuestros hornos, ya que las paredes pueden tener desprendimientos o aparecer otros signos de envejecimiento. Con una de nuestras recientes adquisiciones más nuevas quisimos hacer varias cosas a la vez, por lo que contratamos a nuestro proveedor a largo plazo, Wilhelm Alte”. Para ahorrar espacio durante la producción, debieron fusionar dos hornos en uno y “en lugar de los reguladores normales operados individualmente, de acuerdo con el contrato, decidimos que todas las señales digitales fueran conducidas a una central de Siemens SPS” –señala Potrafke. El trasfondo es que el gerente de VDM Metals pueda ver todas las áreas de todos los hornos de forma centralizada, y así encontrar rápidamente cualquier error y resolverlo. Además, también es importante controlar que cada trabajador realice su tarea siguiendo las normas de auditoría interna.
Respecto al controlador tiristor
Un trabajo rutinario a primera vista. La firmeza que debe tener el alambre se determina por la relación de bobinado y desbobinado, la pérdida de lubricante y el perfil de temperatura que se establezca para el horno. Todos los parámetros los controla el usuario. “Como de costumbre, nosotros mismos establecimos el diagrama de circuito y la construcción de la central de distribución para el horno. Sin embargo, el cliente quería controlar el horno a través de un panel táctil y un SPS especial de Siemens con registro digital. Esto era nuevo para nosotros y venía en un momento en que todos estábamos muy cargados de trabajo” –explica Bernd Junior de Wilhem Alte.
Para ahorrar tiempo y tranquilizar nuestros nervios, la programación del regulador, el panel y el control se transfirieron a itsme Schultz + Erbse. Se ordenó un S7-1500 para la transferencia de datos, que se comunica con el regulador del horno a través de Profibus. Mohammed Alj, consultor técnico de automatización industrial en itsme Schultz + Erbse, asumió el proyecto. Era algo nuevo para él también, puesto que el control de múltiples controladores tiristores, que se utilizan para regular el consumo de energía del horno, no es tarea fácil.
El trasfondo: el controlador tiristor reduce la tensión de CA disminuyendo los patrones sinusoidales de voltaje al final de cada media oscilación, modificando así el voltaje solo tras un determinado intervalo de tiempo después del arranque.
Dos hornos en uno
Enseguida Alj se encargó de que los programas necesarios estuvieran actualizados en el portal TIA de Siemens y que se instalaran de forma estable en el ordenador. El siguiente paso fue diseñar el proceso en el horno e instalar el panel de comunicación con el controlador tiristor. “Se diseñaron las dos cámaras con dos zonas de temperatura para que se controlaran por separado –explica Alj–, y para que el controlador de tiristor pudiera comunicarse a través del Profibus, tuvimos que reelaborar la estrategia de direccionamiento. Al final, resolvimos la comunicación entre ambos componentes instalando un inversor especial”.
La definición y la determinación sin problemas de las variables, el control de acceso y la asignación de vías y prioridades, requirió un buen trabajo de equipo dentro de un calendario ajustado, lo que obligó a elaborar una documentación muy detallada. “El proyecto no estuvo exento de problemas, pero juntos hicimos un gran trabajo” –ríe Junior, y añade: “El señor Alj fue de gran ayuda durante el proyecto. Si se nos complican las cosas de nuevo, recurriría a itsme Schultz + Erbse de nuevo”.
Como conclusión provisional del proyecto, los empleados de Wilhelm Alte asisten a un curso de formación multinivel que cubre aspectos básicos del portal TIA S7, impartido por Schultz + Erbse. Un proyecto con dos socios igual de contentos y un usuario satisfecho, Potrafke: “Trabajo en equipo, sin fisuras y con buenas soluciones como resultado. Todas nuestras expectativas de visualización fueron implementadas de forma eficaz por Schultz + Erbse, y los compañeros recibieron de forma rápida y competente la capacitación requerida. Son las cosas que hacen que uno se lo pase bien en el trabajo”.