¿Por qué los accionamientos servo EtherCAT multieje pueden sustituir a los de un solo eje? Un análisis de 3 ventajas técnicas fundamentales

Sincronización submicrosegundo para una coordinación de múltiples ejes de alta precisión

Los relojes distribuidos EtherCAT permiten una fluctuación (jitter) inferior a 500 ns en todos los ejes

La tecnología de Reloj Distribuido (DC, por sus siglas en inglés) en EtherCAT resuelve realmente esos molestos problemas de sincronización cuando varios ejes están interconectados en red. Reduce la variación temporal (jitter) a aproximadamente 500 nanosegundos, superando ampliamente a los métodos tradicionales de sincronización, que simplemente acumulan retardos con el tiempo y alteran el movimiento coordinado. Los servomotores de alta precisión convencionales funcionan con relojes independientes para cada eje, pero el sistema DC de EtherCAT sincroniza todos los ejes mediante una referencia de tiempo hardware compartida. Cada nodo recibe una marca de tiempo exacta, lo que garantiza una alineación adecuada de todas las señales. Lo que resulta especialmente interesante es su capacidad para compensar automáticamente los retardos de propagación conforme ocurren, manteniendo la sincronización a nivel de nanosegundos sin necesidad de ajustes manuales. Por ejemplo, en la manipulación de obleas semiconductoras, incluso una desviación mínima superior a 600 nanosegundos provoca errores de medición en el orden de los micrómetros. Y aquí radica su ventaja distintiva: el sistema se calibra automáticamente ante diversos cambios ambientales —como variaciones en la longitud de los cables o fluctuaciones de temperatura— sin requerir intervención alguna por parte del operador.

Tiempos de ciclo deterministas (<100 µs) frente a buses de campo tradicionales

EtherCAT ofrece tiempos de respuesta increíblemente rápidos, inferiores a 100 microsegundos, lo que lo hace aproximadamente 20 veces más rápido que CANopen, que normalmente requiere al menos 2 milisegundos. En comparación con la mayoría de los demás sistemas de bus de campo, la sincronización de EtherCAT es mucho más constante y fiable. Al pasar de configuraciones tradicionales de un solo eje, esto resulta muy significativo. En lugar de enviar órdenes secuencialmente a distintos ejes y acumular pequeños errores de posicionamiento con el tiempo, EtherCAT gestiona todas las órdenes de los ejes simultáneamente en un solo ciclo. ¿El resultado? Los bucles de control pueden operar prácticamente a frecuencias superiores a 10 kilohercios, lo que contribuye a suprimir las vibraciones mientras las máquinas funcionan a altas velocidades. Un importante fabricante de robots observó que sus errores de seguimiento de trayectoria disminuyeron casi un 90 % tras abandonar los servomotores independientes de un solo eje y adoptar un sistema multi-eje basado en la tecnología EtherCAT. Actualmente, los sistemas que requieren baja latencia, como las complejas plataformas cinemáticas paralelas utilizadas en la fabricación avanzada, logran una precisión angular del orden de las microradianes, algo que era casi imposible anteriormente con métodos de control antiguos distribuidos entre múltiples componentes.

Simplificación arquitectónica: sustitución de varios tipos de servomotores de un solo eje de alta precisión por una unidad de accionamiento unificada

reducción del cableado en un 70 % y eliminación de las pasarelas maestro-esclavo

Cuando las empresas combinan varios servomotores de alta precisión de eje único en un solo sistema de accionamiento multieje, reducen la complejidad del cableado aproximadamente un 70 % y eliminan por completo esos molestos pasarelas maestro-esclavo. El método tradicional implicaba duplicar las líneas de alimentación, las conexiones de retroalimentación y el cableado de control para cada eje individual, lo que generaba todo tipo de problemas, como agrupaciones desordenadas de cables y un exceso de puntos de terminación. Los accionamientos multieje funcionan de forma distinta: comparten una fuente de alimentación de corriente continua (CC) común y únicamente requieren una única línea principal de conexión EtherCAT que recorre el armario, lo que hace que todo sea mucho más ordenado y fácil de instalar. Además, la eliminación de esas cajas de pasarela ayuda a suprimir los molestos retrasos de comunicación que se producen cuando las señales deben atravesar múltiples etapas. Según una investigación reciente sobre automatización industrial realizada el año pasado, las fábricas que adoptan este enfoque suelen experimentar una mejora del 40 % en la velocidad de instalación, además de una reducción de aproximadamente el 25 % en los gastos de materiales. No resulta sorprendente, pues, que cada vez más fabricantes estén realizando esta transición actualmente.

Cumplimiento nativo de la norma CIA 402 en todos los ejes: modos CSP, CSV y CST totalmente compatibles sin sobrecarga de configuración

Los sistemas de accionamiento multieje funcionan de forma perfectamente coordinada desde el primer momento, ya que siguen la norma CIA 402 para automatización CAN. Estos sistemas gestionan el control de posición (CSP), el control de velocidad (CSV) y el control de par (CST) en todos los ejes sin necesidad de una configuración independiente para cada dispositivo. Las configuraciones tradicionales con accionamientos monoeje resultan engorrosas, ya que cada uno requiere ajustes y parámetros específicos. Con estos nuevos accionamientos, todo funciona de forma integrada desde el día uno gracias a su diseño unificado. Para los equipos de ingeniería, esto significa menos tiempo dedicado a la configuración de componentes individuales y mayor concentración en la finalización eficiente de los proyectos.

• Sincronización instantánea de ejes en modo CSP para tareas de movimiento coordinado
• Transiciones de velocidad fluidas en modo CSV para sistemas de transportadores o de manejo de bandas continuas
• Control directo de par en modo CST para aplicaciones críticas en cuanto a tensión, como bobinado o impresión
  Las pruebas de validación muestran una puesta en servicio un 90 % más rápida en comparación con las redes servo tradicionales (Motion Control Journal, 2024), ya que los conjuntos de parámetros se propagan automáticamente entre los ejes mediante una asignación estandarizada del diccionario de objetos.

Mayor densidad de potencia y eficiencia térmica: ventajas ingenieriles frente a los tipos servo de alta precisión discretos de eje único

Cuando se trata de rendimiento, los servodrives EtherCAT de múltiples ejes han superado claramente a sus homólogos de un solo eje gracias a algunos avances bastante impresionantes en semiconductores. La magia reside en la tecnología de transistores MOSFET de carburo de silicio (SiC), que permite integrar aproximadamente un 40 % más de potencia en el mismo espacio que los servodrives tradicionales basados en silicio. ¿Qué significa esto en la práctica? Las máquinas pueden generar mayor par motor ocupando menos espacio en los armarios de control. Además, los componentes de SiC generan mucho menos calor gracias a sus propiedades de banda prohibida más amplia, reduciendo las pérdidas por conducción en torno a un 35 %. Menos calor implica una mayor vida útil de los componentes y elimina la necesidad de sistemas de refrigeración masivos acoplados a las máquinas, lo cual supone una diferencia significativa en sectores donde los equipos funcionan ininterrumpidamente, como en talleres de mecanizado CNC. Todos estos avances se traducen en una mayor precisión durante las operaciones intensivas de las máquinas, diseños más compactos que ahorran espacio en la planta y, en última instancia, una reducción de costes a largo plazo para los responsables de planta que vigilan cada céntimo.