El control mecánico juega un papel importante en la industria hidráulica. A pesar de que existen aplicaciones sencillas que requieren de poca inteligencia, fabricantes de componentes y equipo responden cada día más con soluciones que incorporan herramientas más avanzadas, lo que permite una mayor flexibilidad y eficiencia en el diseño. Sin embargo, esta tendencia saca a colación una pregunta clave: ¿qué arquitectura de control debería ser implementada en aplicaciones móviles, centralizada o distribuida?
Centralizada vs. Distribuida
La arquitectura de control centralizada es aquélla en la que el cableado se hace hacia un micro controlador centralizado y en la que todas las operaciones reportan al mismo. Esta ha resultado ser efectiva y útil y ha dominado los sistemas de control por años. (ver figura).
La caída en el costo de producción del silicón ha generado un incremento en la oferta, lo que ha impulsado su adopción en un rango amplio de industrias. Los dispositivos móviles representan un indicador del lado del consumidor sobre los cambios que ocurren en todo tipo de industrias. A medida que la tecnología se reduce en costo, su adopción es impulsada, lo que a su vez hace que aumenten las aplicaciones de la misma en gran medida.
El control distribuido utilizando válvulas más avanzadas se aprovechan de la adopción de tecnologías inteligentes, permitiendo que los controles se ubiquen más cerca de los actuadores.
Los sistemas resultantes permiten la utilización de nuevas tecnologías con frecuencias de muestreo más altas, que a su vez permiten obtener respuestas más rápidas y una mayor precisión. Además, con control distribuido, la inteligencia puede migrar del micro controlador al sistema integrado, lo que permite incrementar la potencia de procesamiento y capacidad del sistema completo.
Los Retos que Enfrentan los Ingenieros de Diseño
Uno de los beneficios de utilizar control distribuido hoy en día lo representa el proceso de colaboración – no hay necesidad de ser experto en subsistemas de control. En su lugar, integradores compran componentes que expertos han diseñado para construir el sistema que se ajusta perfectamente a las necesidades del cliente.
De todas maneras, a medida que aumenta la adopción de tecnologías de sistemas integrados, surgen nuevas interrogantes: ¿cuáles son los puntos funcionales, económicos y de complejidad que indican que vale la pena implementar tecnologías de control distribuidas? De ahí tenemos que cuatro preguntas principales deben ser evaluadas.
¿Qué tan compleja es mi aplicación?
Una aplicación sencilla es perfecta para control centralizado. Cuando se tiene por ejemplo una sola operación, se estima que no sobrecargará al controlador central. Las distancias físicas puede que sean cortas y el ancho de banda de la comunicación no es de preocupación en este tipo de aplicaciones.
Una compleja, sin embargo, que funcione a velocidades altas y con muchos comandos y operaciones simultáneas, podrían afectar las prioridades del controlador y afectar el tiempo de respuesta del mismo. Estas aplicaciones por lo general también requieren de mucha retroalimentación que resulta en una alta productividad y un control preciso. Y a pesar de que sistemas que intercambian data en tiempo real entre subsistemas puedan ser buenos candidatos para utilizar un controlador centralizado, no todas las aplicaciones son iguales:
- Aplicaciones en las que se requiera de un control asíncrono puede trabajar bien con uno distribuido, por ejemplo: loops de retroalimentación que requieran de una frecuencia de muestreo más alta que otros. Cuando se requieren diferentes tareas a intervalos distintos, el control distribuido puede ser la solución.
- Subsistemas que tengan una interacción limitada con el sistema de nivel superior, como cuando por ejemplo se efectúa el control a circuito cerrado de la corredera de una válvula o un basculante de bomba, estos pueden ser buenos candidatos para un control distribuido.
Juzgar el momento preciso en el que se sobrecarga un controlador puede resultar más arte que ciencia, pero es lógico que al incrementar el número de partes se afectará la dinámica de la máquina y por ende las operaciones que efectúe. Un punto de partida para eliminar complejidad es el de preguntar sobre los requerimientos de alto nivel.
El tamaño de la máquina podría ser otro indicador de complejidad:
- El colocar el sistema integrado más cerca del punto de operación / actuador mejora los tiempos de respuesta. No se requiere de un controlador central procesando operaciones menores porque el sistema integrado lo hace.
- El colocar el sistema integrado cerca del punto e operación también reduce los costos de fabricación y servicio debido a que se requiere menos cableado para permitir la comunicación con el controlador central.
De hecho, el tamaño físico trae otras preguntas:
¿Qué tan grande es mi aplicación y qué potencia de procesamiento necesita?
Una máquina físicamente más grande requiere de más cableado dedicado para alcanzar cada punto de operación desde el controlador central, lo que puede resultar costoso. Para una máquina con puntos de operación y control ampliamente distribuidos en el espacio, puede resultar más eficiente el procesar la información localmente utilizando control distribuido.
El realizar labores de servicio a una máquina con varios caminos de cableado puede además resultar problemático. Además, el control distribuido puede aumentar la potencia del proceso al agregar la capacidad de tener varios nodos de decisión.
¿Cuál es el costo total de propiedad?
A pesar de que cada día los componentes más inteligentes bajan de precio, el aplicar control distribuido puede resultar más costoso inicialmente. Sin embargo, integradores de clientes OEM generalmente evalúan el costo total de propiedad como guía de cuándo dirigirse hacia el control distribuido.
El costo total de propiedad incluye los costos de fabricación y servicio junto con el costo de adquisición. El desempeño es otro factor utilizado en cuantificar este costo. Si la solución se hace más eficiente y/o productiva, entonces vale la pena considerarlo en el análisis.
Los costos de fabricación y servicio se pueden reducir con control distribuido,. Las señales de control pasan por CAN bus en vez de utilizar cableado dedicado. El ahorro es en costo de material y ensamblaje. El diagnóstico de problemas se facilita con este tipo de sistemas. Otros beneficios incluyen un aumento en el tiempo productivo y un incremento en la productividad y seguridad de la máquina.
¿En qué medida el control distribuido preparará nuestros diseños para el crecimiento?
Puesto de manera sencilla, la maquinaria se hace más compleja a medida que pasa el tiempo. Manejar ese aumento en complejidad se puede ver como una inversión en cableado dedicado y en controladores centralizados más grandes. El control distribuido rompe con este esquema al permitir comunicación a través de CAN bus con sistemas integrados que se agregan fácilmente.
El incorporar más sensores y válvulas hidráulicas se hace sencillo cuando toda la comunicación se hace a través de CAN bus. El aumento de las expectativas en cuanto a retroalimentación, señales y fidelidad del control se manejan de manera más sencilla con un control distribuido. Y ya que la mayoría de los motores por encima de los 50 HP vienen con protocolo de comunicación CAN bus, el hacer redes tiene todavía más sentido.
Válvulas más inteligentes facilitan el diseño y alteración de sistemas de control. El control descentralizado es una manera de físicamente romper problemas de control complejos en otros más pequeños y de solucionarlos más cerca de la operación o el actuador.
Artículo originalmente escrito por Chris Schottler, Gerente de Ingeniería de Eaton Hydraulic Group. Para mayor información, favor visite www.eaton.com.
Para mayor información en Español, puede contactar a Ricardo Solórzano a rsolorzano@eemtechnologies.com, (855)462-7633, www.eemtechnologies.com.
