Elevando a ergonomia com atuadores elétricos inteligentes

Atuadores lineares elétricos há muito oferecem benefícios ergonômicos ao automatizar tarefas repetitivas, sujas ou perigosas. Recentemente, a integração da inteligência de bordo em atuadores elétricos elevou sua contribuição ergonômica a um novo nível. Recursos inteligentes, como controle digital do motor, feedback de posição, sincronização e monitoramento em tempo real, facilitam ainda mais a aplicação da automação para melhorar o conforto, a segurança e a eficiência do local de trabalho.

Controle de Motor Digital

Os atuadores tradicionais geralmente dependem de relés grandes e com baixo consumo de energia ou controladores independentes para estender, retrair ou parar os atuadores. O uso de eletrônicos integrados para gerenciar a energia pode reduzir a corrente nos interruptores ou contatos de 20 A para menos de 22 mA, permitindo um projeto de sistema mais simples e menos dispendioso. Os operadores podem executar e alterar a direção do atuador a partir de um simples controle.

Imagine um espaço de trabalho no qual os trabalhadores estão manuseando componentes com peso superior a 100 libras e exigindo alcance e flexão frequentes. Se sua mesa de trabalho fosse controlada por atuadores equipados com comutação de baixo nível, cada usuário poderia ajustar a altura para um nível que exigisse o mínimo de flexão ou alongamento, reduzindo a fadiga e melhorando a produtividade (Figura 1).

Embora os conjuntos de atuadores tradicionais possam permitir tais ajustes, eles exigiriam a comutação externa do motor, que consome mais energia e deve ser feita manualmente. Ao controlar o fluxo do circuito eletronicamente, no entanto, toda essa comutação é incorporada na carcaça do atuador, que também fornece uma configuração mais elegante e limpa, sem fiação externa.

Automatizar a comutação do motor também traz benefícios de segurança. Um atuador consome entre 20 e 40 amperes, dependendo da carga. Minimizar a exposição a esta corrente durante a instalação e operação permite maior controle ergonômico, ao mesmo tempo em que reduz os riscos potenciais de choque de relés de alta amperagem.

Feedback sobre a posição digital

Atuadores elétricos inteligentes (Figura 2) não apenas permitem ajustes precisos de posição, mas também fornecem feedback em tempo real sobre a extensão desses ajustes. Eles podem relatar a localização da carga ao longo do curso. No exemplo da tabela de trabalho na Figura 1, eles podem capturar dados sobre a localização da carga e compará-los com parâmetros predefinidos para garantir uma operação consistente.

Juntamente com o feedback de posição digital, vem a capacidade de medir e controlar a velocidade. Suponha que você esteja automatizando a elevação ou abaixamento de uma porta pesada que protege uma determinada máquina ou forma uma divisória. O microcontrolador pode receber contagens de pulsos de um codificador e calcular a distância e a velocidade do percurso com base no número de pulsos recebidos dentro de um intervalo de tempo definido. Mantendo-se no exemplo da porta pesada (Figura 3), isso permitiria ajustar a velocidade para diminuir ao atingir o final do curso, evitando que a porta se fechasse antes que o operador tivesse tempo de liberar a abertura.

Retorno da posição analógica

O feedback de posição digital é uma das maneiras mais fáceis de medir a velocidade do atuador, mas não é fácil de programar porque não lembra as posições que relata após uma perda de energia ou desligamento. Atuadores inteligentes equipados com potenciômetros analógicos, no entanto, podem receber informações de posição exata de potenciômetros na caixa de engrenagens do atuador, que envia sinais de tensão que alertam os usuários sobre a velocidade e direção do acionamento – do início ao fim do curso. Eles se lembram dessa posição, portanto, se a energia for perdida, não há necessidade de retornar à posição inicial e redefinir o dispositivo.

A memória de posição confiável permite o desenvolvimento de aplicativos que armazenam configurações ergonômicas para cada usuário, permitindo que o espaço de trabalho seja adaptado a vários indivíduos com base em fatores como altura, procedimentos armazenados ou preferências do usuário.

Sincronização

Os benefícios ergonômicos dos atuadores elétricos inteligentes são ainda mais pronunciados quando usados ​​com vários atuadores. Você pode configurar os atuadores para se ajustarem automaticamente às cargas de deslocamento. Uma aplicação de montagem de aeronaves na qual cinco ou dez trabalhadores estão finalizando a fuselagem, por exemplo, pode apoiá-los com uma plataforma que deve ser elevada acima do solo.

À medida que os trabalhadores se movem pela plataforma, o peso se desloca para diferentes partes da plataforma, o que causa um desequilíbrio potencial. Atuadores inteligentes localizados em vários pontos sob a plataforma (por exemplo, um em cada canto) podem ser configurados para autoajuste para compensar conforme a carga muda durante o movimento síncrono do atuador (Figura 4).

Fazer ajustes que neutralizam essas cargas de deslocamento é feito com controle de velocidade e feedback de posicionamento. Os atuadores se comunicam entre si por meio de uma rede interna, lêem a velocidade uns dos outros com base no feedback de posicionamento e ajustam de acordo.

Fazer isso com feedback digital, no entanto, resulta em uma etapa interrompida, que os projetistas podem evitar colocando a posição e a velocidade no loop de feedback e ajustando-os com base na velocidade de atuação e na posição. Isso proporciona um benefício ergonômico que elevará uma carga em deslocamento suavemente de vários pontos, compensando cargas de tamanho desajeitado, como plataformas, assentos e portas pesadas.

O controle de vários atuadores tradicionais é possível, mas é uma operação imprecisa, demorada e trabalhosa que coloca pressão adicional sobre os atuadores, eventualmente levando a travamento ou outro mau funcionamento. A sincronização inteligente do atuador elimina as suposições e resulta em um movimento equilibrado, suave e bem posicionado.

Monitoramento em tempo real

Atuadores elétricos inteligentes podem retornar resultados de monitoramento contínuo para temperatura, corrente, velocidade, tensão e outras variáveis, o que permite monitoramento avançado de condições, diagnósticos e tratamento de erros. O feedback pode aparecer tão rapidamente quanto dez vezes por segundo, pois o atuador se testa continuamente. Se detectar um problema (por exemplo, ultrapassar um limite de temperatura), o atuador pode parar no meio do curso ou terminar seu movimento programado - totalmente retraído ou estendido - parar e enviar um sinalizador de erro para o computador, tudo em uma fração de um segundo.

Esse feedback permite que os usuários se afastem de suas operações para analisar padrões de uso, velocidade e posição para tornar as operações mais amigáveis, seguras e eficientes. Isso é especialmente valioso em configurações de automação de fábrica que integram vários dispositivos (Figura 5). Os dados coletados podem mostrar quantas vezes uma estação de trabalho foi levantada e abaixada ou quantas vezes uma porta foi aberta e fechada. Isso pode ser comparado ao histórico operacional ou às melhores práticas do setor para melhorar o design da célula.

Os dados operacionais também podem ser tabulados com relatórios de lesões, o que pode apontar para a necessidade de análises mais ergonômicas. Se um atuador posicionando uma matriz de crimpagem estivesse constantemente relatando sobrecargas, por exemplo, isso poderia indicar uma taxa de incidência de pessoas se machucando e poderia identificar em qual célula isso está acontecendo, em que hora do dia e quais turnos podem ser afetados.

Diversificar para sobreviver

Os muitos recursos integrados aos atuadores elétricos inteligentes permitem que os usuários abordem um aplicativo com a simplificação do projeto em mente. Ter a capacidade de controlar os atuadores por meios digitais, fornecer feedback digital ou analógico, permitir a sincronização de vários atuadores ou adicionar monitoramento em tempo real para métricas fornece as ferramentas necessárias para realizar o trabalho em um pacote. Agora, quando os usuários observam um aplicativo, eles podem fornecer uma solução de automação que vai além da funcionalidade básica de um movimento de ida e volta.

Atuadores elétricos inteligentes fornecem movimento plug-and-play em vários eixos de processos automatizados sem as complicações de outras tecnologias de automação, como cilindros hidráulicos ou pneumáticos. Ao revisar as necessidades do aplicativo com antecedência, o usuário pode descobrir que a capacidade do atuador inteligente de controlar o movimento, lembrar a posição ou fornecer métricas do aplicativo pode se diferenciar entre um mar de outras tecnologias.

À medida que os fabricantes de máquinas e os usuários finais olham para o futuro, suas soluções de automação irão além da funcionalidade básica e continuarão a fornecer soluções mais fáceis, maior vida útil do equipamento e segurança a longo prazo.

Quanto mais intrínseca for essa capacidade de controle ao equipamento, menos ela ficará entre o usuário e os benefícios finais que ele espera. A recompensa pode ser encontrada na satisfação do trabalhador, segurança, saúde e produtividade – todos os quais beneficiam todos no fluxo de valor.

Este artigo foi escrito por Chris Diak, gerente de vendas de produtos de automação da Motion Industries (Birmingham, AL) e Travis Gilmer, especialista em linha de produtos – atuadores lineares da Thomson Industries (Radford, VA).