Los sistemas hidráulicos inteligentes mejoran la conectividad y el rendimiento de la máquina

En estos días, casi todos los componentes y sistemas de un equipo pesado se están volviendo más inteligentes a través de la incorporación de sensores y el Internet de las cosas (IoT).

“La visión central de IoT para máquinas móviles consiste en implementar tecnología digital para capturar datos procesables sobre el rendimiento de los sistemas de máquinas móviles de forma autónoma, hacerlo en tiempo real y entregarlos a los usuarios finales de las máquinas y proveedores OEM para que puedan maximizar el tiempo de actividad y la flexibilidad. de sus máquinas ”, afirma Terry Hershberger, director de Gestión de productos de ventas y sistemas electrónicos de Bosch Rexroth.

Específicamente en los sistemas hidráulicos, hay dos tendencias principales que impulsan una mayor inteligencia, dice Ben Hoxie, director de ingeniería, controles de potencia y movimiento de Eaton . La primera es la inteligencia distribuida habilitada por la computación y la detección de bajo costo, que da lugar a todo tipo de nuevas funciones de la máquina. Eaton se refiere a este movimiento inteligente de la máquina como control dinámico de la máquina.

El segundo factor clave es "un cambio radical en la conectividad" a través de protocolos de comunicación móviles e industriales que pueden transmitir significativamente más datos de manera rentable ". Esta conectividad mejorada está permitiendo innovaciones de big data que producirán nuevos conocimientos sobre cómo funcionan las máquinas y el comportamiento de las máquinas. operadores ”, dice Hoxie.

La automatización también está impulsando el aumento de la inteligencia. “La digitalización de la máquina mediante la incorporación de controladores robustos, sensores / dispositivos de retroalimentación y la unidad de conectividad proporciona flujos de trabajo adicionales u otras aplicaciones que podrían permitir que los lugares de trabajo controlados a distancia se administren de manera más segura”, dice Hershberger. “Un administrador de flota podría controlar un área en la que el vehículo puede operar y, por supuesto, proporcionar diagnósticos del sistema. Sin embargo, no está exento de desafíos ".

En general, la creación de sistemas más inteligentes ayuda a mejorar la seguridad, la productividad y el costo de operación mediante un mejor control de la máquina, dice Hoxie. “Un ejemplo de cómo un sistema hidráulico inteligente ha brindado tales beneficios es nuestra solución de control de estabilidad de la pluma. Al reducir la oscilación de la pluma hasta en un 75%, el sistema ofrece beneficios de seguridad y productividad a los usuarios finales ”, explica. “Otro ejemplo son las soluciones de dirección con autoguiado. El sistema de Eaton combina nuestro receptor GPS GFX, el controlador con clasificación de seguridad SFX y la válvula de dirección avanzada SBX para permitir la operación automática y semiautónoma de la dirección del vehículo ".

Métodos para agregar más inteligencia
Hay una variedad de formas en que los fabricantes están creando sistemas hidráulicos más inteligentes, incluida la incorporación de más sensores y software.

El portafolio de soluciones de IoT, software y hardware electrónico de Bosch Rexroth Digital Application Solutions (BODAS) ejemplifica las mejoras digitales que la compañía está realizando para equipos fuera de carretera. “Junto con Bosch, también ofrecemos la infraestructura de IoT adecuada y aplicaciones analíticas basadas en la nube”,  dice Hershberger . "Combina competencia y experiencia en aplicaciones en los campos decisivos de la hidráulica y la electrónica móvil, el análisis de borde y la IoT".

En general, la empresa ha mejorado la integración de sensores cuando es necesario para proporcionar datos en tiempo real sobre métricas de rendimiento hidráulico. Además, está diseñando sus ofertas de tecnología digital, incluidos hardware, software y sistemas de conectividad y analíticos, para que funcionen juntos como soluciones completas.

Las opciones de hardware incluyen una plataforma electrónica móvil abierta, escalable y de libre acceso que consta de unidades de control, dispositivos de conectividad, sensores y componentes de interfaz hombre-máquina (HMI) como joysticks y pantallas. El software de Bosch Rexroth es modular e incluye herramientas para programación, parametrización y diagnóstico, y se basa en un conocimiento profundo de las funciones hidrostáticas y electrohidráulicas, dice Hershberger.

“Los bloques de construcción fundamentales de IoT son las 'cosas'”, dice Hoxie. Como tal, Eaton está desarrollando un conjunto de dispositivos inteligentes como su válvula CMA con detección y control profundamente integrados. Sus válvulas AxisPro cuentan con un espacio en blanco integrado que permite a los usuarios crear soluciones específicas para la aplicación y, por lo tanto, adaptar las válvulas a las necesidades del diseño de la máquina.

“También continuamos construyendo sobre nuestro conjunto de soluciones de software y controles Pro-FX”, continúa Hoxie. “Esta biblioteca de bloques de funciones de control de máquinas permite un desarrollo y ajuste rápidos y sencillos del sistema para adaptarse a las necesidades de los fabricantes de máquinas. Finalmente, en el lado de la conectividad y el almacenamiento en la nube, nuestra solución telemática TFX permite a los fabricantes de máquinas y administradores de flotas monitorear, actualizar y diagnosticar sus máquinas, todo de forma remota ”.

Los sensores se extienden a fluidos y filtros 
Para su tecnología Filter Minder, Donaldson Co. Inc. ha desarrollado soluciones de detección y análisis para permitir un monitoreo preciso de la vida útil del filtro y del fluido. Los mayores avances hasta la fecha para su solución de monitoreo de filtros de aire han consistido en mejorar las capacidades de análisis para ayudar a los usuarios a comprender mejor los datos agregados, dice Nate Zambon, director de Filter Minder en Donaldson.

Ahora, la empresa está centrando sus esfuerzos en el control de filtros y fluidos de líquidos, como el control de la condición del aceite hidráulico y los filtros hidráulicos. “Desarrollar la inteligencia y los algoritmos [para] el monitoreo del estado de los fluidos es más complejo que el monitoreo de la filtración de aire”, dice Zambon.

Determinar el final de la vida útil de un filtro de aire es un poco más simple porque se basa en gran medida cuando hay una caída de presión, que se puede medir con sensores de presión. Sin embargo, hay una variedad de cosas diferentes que pueden indicar cuándo el aceite está al final de su vida útil o si contiene contaminantes. Esto requiere diferentes combinaciones de experimentos y pruebas para validar y caracterizar el ciclo de vida del aceite, lo que hace que el desarrollo de sensores y análisis para hacerlo sea más complejo, dice Zambon.

"Realmente hemos estado haciendo un gran esfuerzo aprovechando los equipos de tecnología de Donaldson, y tenemos algunas asociaciones externas que establecimos para respaldar nuestro desarrollo de esas capacidades dentro de Donaldson", agrega. La compañía también está ampliando las pruebas de campo ". porque en última instancia, en el campo es donde se demuestra la viabilidad de la tecnología ".

Persisten la seguridad y otros desafíos
La expansión de máquinas inteligentes requiere habilidades en ingeniería de sistemas, mecatrónica, controles integrados, ingeniería de software y ciencia de datos, que pueden ser difíciles de adquirir para los fabricantes de máquinas. “Ya no basta con saber integrar componentes hidráulicos. Los fabricantes de máquinas deben sobresalir en la combinación de los dominios mecánicos, eléctricos, electrónicos y de software para ofrecer el máximo rendimiento ”, señala Hoxie.

Debido a esto, Eaton está desarrollando tecnologías como su cartera Pro-FX, que consta de componentes inteligentes, controladores y software diseñados para permitir una fácil integración en los diseños de las máquinas. “Al aprovechar una plataforma de arquitectura abierta, Eaton simplifica el desafío del control de la máquina al tiempo que garantiza que el fabricante de la máquina tenga el control y la flexibilidad para diferenciar sus máquinas”, dice Hoxie.

Ofrecer un conjunto de tecnologías como Eaton y Bosch Rexroth permite a los fabricantes de equipos originales obtener la mayoría, si no todos, los componentes necesarios de una sola fuente. Esto ayuda a garantizar que todos los componentes funcionen juntos según sea necesario. También simplifica y reduce el tiempo de diseño.

A medida que avanza la demanda de más inteligencia y automatización, la confiabilidad y seguridad de los dispositivos, así como la supervisión de la seguridad de las máquinas y la administración del software, son desafíos que también deberán abordarse.

“Cuando empezamos a trabajar en este mundo conectado, nadie imagina que alguien en el ciberespacio pueda piratear su máquina, pero es real y sus controladores, sensores y dispositivos de conectividad deben estar protegidos”, dice Hershberger. “Imagine que, en medio de una actualización de software, se piratea el enlace de comunicación y se carga información incorrecta en el controlador. Esto podría provocar un movimiento o un funcionamiento inesperados de la máquina, o posiblemente la máquina no funcione y no se pueda utilizar. Además, la conexión no autorizada a la máquina que permite cambios en los parámetros operativos podría causar un funcionamiento inesperado ".

Para ayudar a superar estos desafíos, Hershberger dice que es necesario incorporar módulos de seguridad de hardware en los controladores o certificar componentes para ciertos niveles de rendimiento. Además, debe haber una infraestructura de TI y seguridad en la nube, así como metodologías para "enviar" actualizaciones de software a las máquinas cuando se encuentran en un estado seguro. “No se trata solo de la gestión y transmisión de datos; es cómo ese dispositivo de conectividad y la infraestructura de fondo se combinan en lo que llamamos administración de dispositivos lo que es crítico ”, afirma.

La conectividad de la máquina y la gran cantidad de datos que se pueden recopilar y transmitir también plantean desafíos. “Los macrodatos inteligentes y útiles son costosos y pueden ser engorrosos de administrar, pero son muy importantes cuando hablamos de inteligencia”, dice Hershberger. "Por lo tanto, un desafío continuo es el de la compresión y el filtrado de datos y el envío de los datos procesables relevantes". Esto es clave con el dispositivo de conectividad, y un área que Bosch y Bosch Rexroth están trabajando para superar mediante el uso de Edge Analytics.   

El usuario final de una máquina puede estar impulsando la adopción de conectividad y datos, pero puede que no esté enfocado en los desafíos asociados, reconoce Hershberger. Por lo tanto, depende del OEM y del proveedor de soluciones estar preparados para proporcionar un sistema confiable, robusto y de vanguardia.

Una caja de oportunidades de Pandora
La reciente aceleración de IoT y la conectividad es el siguiente paso en el viaje en curso hacia máquinas cada vez más inteligentes. “A partir de las primeras máquinas electrohidráulicas hace décadas, la industria ha estado en un viaje continuo de máquinas cada vez más capaces”, comenta Hoxie. “Durante la última década, hemos visto cómo las máquinas agrícolas, de construcción y de manipulación de materiales semiautónomas y con conductor aumentado se han convertido en la corriente principal. Incluso ahora, nuestra industria está al borde de las máquinas móviles totalmente autónomas ".

Como tal, dice que Eaton está listo para ayudar tanto a los OEM como a los usuarios finales a aprovechar la oportunidad de un progreso continuo.

Hershberger dice que la capacidad de conectarse a máquinas de forma remota abre una "caja de oportunidades de Pandora". Esto se puede ver a través de las funcionalidades de gestión de flotas, como la localización geográfica y la visualización de datos operativos o diagnósticos. “Con sensores, datos del controlador de monitoreo de la máquina o información crítica de la máquina, la capacidad de informar al propietario de la máquina cuando es necesario reemplazar un filtro o una indicación de un problema en la máquina está al alcance de la mano”, señala.

A medida que las tecnologías continúen avanzando, también lo harán la inteligencia y las capacidades integradas en los componentes y sistemas. "Los casos de actualizaciones de una máquina con flash por aire o cambios de parámetros en la máquina para mejorar el funcionamiento del entorno en el que está trabajando serán comunes", predice. "La máquina conectada se volverá cada vez más normal".