Cómo probar un final de carrera en un sistema de automatización industrial

Comprender el contexto “industrial”: No se trata sólo de continuidad

Los finales de carrera industriales actúan como guardianes silenciosos del proceso de producción en el mundo de la automatización industrial. Aunque el interruptor en sí es un simple dispositivo ON/OFF utilizado para detectar presencia, posición o límites, el entorno de alto riesgo dicta cómo debe probarse. Un fallo de una célula de trabajo robotizada no es una mera cuestión de irritación; en sistemas altamente automatizados como las líneas de automoción o envasado, se convierte en una cuestión de pérdida significativa de ingresos. En estos sectores, el coste del tiempo de inactividad puede ascender fácilmente a cientos o miles de dólares por minuto.

Para entender el procedimiento de prueba, hay que comprender el ecosistema. Un final de carrera funciona dentro de un sistema de control industrial (ICS). A diferencia de un interruptor domótico que simplemente interrumpe el flujo de corriente, un interruptor en un ICS no acciona directamente un motor. Más bien, es una entrada lógica que transmite una señal de control de 24 V CC (o 110 V CA) a ordenadores industriales, PLC o controladores utilizados en el mecanizado CNC. La señal es procesada por el controlador para ejecutar la lógica interna y tomar una decisión crítica.

Se trata de una distinción fundamental. Un conmutador que parece funcionar “bien” con una simple señal acústica de continuidad puede fallar en la entrada de un PLC debido a la resistencia del contacto o al ruido de la señal. Además, a diferencia de los interruptores de puerta de microondas, los componentes montados en equipos industriales están sometidos a entornos difíciles, como interferencias electromagnéticas (EMI), niebla de refrigerante y vibraciones mecánicas inherentes al funcionamiento de la máquina.

Si el consejo que busca es para reparar un microondas o un electrodoméstico, los pasos de prueba que se indican a continuación serán innecesariamente complicados y potencialmente peligrosos. Los siguientes recursos son mucho más adecuados para las reparaciones domésticas:

Sin embargo, los profesionales responsables del tiempo de actividad de paletizadores, CMV, sistemas de transporte o moldeadores por inyección necesitan un plan de pruebas exhaustivo y bien estructurado. El objetivo no es simplemente verificar que el interruptor funciona en un banco de pruebas, sino asegurarse de que funciona correctamente dentro de todo el bucle de control de sus sistemas de automatización.

Preparación: Medidas de seguridad y herramientas

Debe haber cierto grado de precisión cuando se solucionan averías en la automatización. Se recomienda encarecidamente no depender de cálculos, ni siquiera de los llamados “meneos de cables” en un conductor que pueda ser parte del problema. Con esta práctica se corre el riesgo de causar daños físicos a los delicados conectores y seguramente provocará muchos fallos intermitentes que le acompañarán y atormentarán durante todo su turno. Tómate tu tiempo para asegurarte de que dispones de la instrumentación necesaria y de que has establecido un perímetro de trabajo seguro antes de acudir a la máquina.

Caja de herramientas

Para poder probar circuitos de control industrial con éxito y fiabilidad, necesitará algo más que un simple comprobador de continuidad.

• Multímetro digital True RMS: La razón por la que es necesario utilizar un dispositivo de la marca Fluke o Hioki es tan importante como la precisión del dispositivo en la medida de la tensión continua. Se requiere una impedancia alta para evitar la carga del circuito, aunque un modo de impedancia baja (LoZ) puede ser útil en algunos casos de tensión fantasma.

• Cables con pinza de cocodrilo: Nunca se pueden tener las sondas en la mano y manejar una máquina manualmente. Para facilitar su uso, las pinzas de cocodrilo que se atornillan o empujan son de buena calidad para utilizarlas en la supervisión manos libres de la caída de tensión a medida que la máquina realiza ciclos.
• Terminal Destornilladores: Para instalar paneles atornillados, se necesita un pequeño juego de destornilladores aislados, el tamaño más común requerido es el de cabeza plana de 2,5 mm y 3 mm.
• Cable puente (con protección por fusible): Estos cables son útiles para puentear temporalmente un interruptor para probar la lógica del PLC. No obstante, debe tenerse mucho cuidado.

La seguridad ante todo (norma LOTO)

En la mayoría de los casos, el trabajo tendrá que realizarse en circuitos con tensión (tensión continua de 24 V) debido a la naturaleza de las pruebas que se requerirán. No obstante, la máquina deberá aislarse siguiendo estrictos procedimientos de seguridad, tal y como se estipula en los protocolos estándar PPE / LOTO.

Bloqueo y etiquetado (LOTO): En el caso de las inspecciones manuales con interruptores físicos, la fuerza motriz de la máquina (neumática, hidráulica y eléctrica) debe aislarse y bloquearse. Todas las cargas alimentadas por gravedad deben asegurarse adecuadamente.

Protocolo de pruebas en vivo: Para realizar pruebas eléctricas: en caso de que necesite restablecer la alimentación de control:

1. Desalojen a todo el personal de la celda.
2. Utilice los EPI adecuados (guantes y protección ocular), incluso en los sistemas de control de 24 V, para protegerse de los arcos eléctricos provocados por un cortocircuito en una fuente de alimentación de alta corriente.
3. Sólo debe comprobarse la resistencia en ohmios de un circuito sin tensión. Por el contrario, las pruebas de tensión se realizan en un circuito bajo tensión. La confusión de estos dos fundirá los fusibles de su medidor, y también puede destruir las tarjetas de entrada en el PLC.

Paso 1: Diagnóstico preliminar a través de la interfaz PLC/CNC

Los mejores solucionadores de problemas no sacarán la caja de herramientas de una vez, sino que examinarán el sistema de control. Uno de los recursos más valiosos y mejores para realizar un diagnóstico preliminar es el cerebro de la máquina, normalmente un controlador lógico programable (PLC) o una unidad de control numérico por ordenador (CNC).

Interpretación de los LED de entrada del módulo controlador PLC

Localice la tarjeta de entrada en la que está conectado el final de carrera. En el ámbito de PLC automatización, Todos los canales disponen de LEDs de estado para dispositivos de entrada en la mayoría de las PLCs (Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi, Omron). Para comprender realmente Significado de PLC de un fallo, debe comparar el estado físico del interruptor con el estado lógico del módulo.

1. Accionar el Interruptor: Accione manualmente el final de carrera (si es seguro) u observe el estado de la máquina.
2. Escenario A: El LED se enciende, pero el aparato actúa como si el interruptor estuviera abierto. Las conclusiones de la prueba deben mostrar que es probable que el interruptor y el cableado de campo estén bien. El problema reside en la lógica del programa: un valor forzado en el software o un optoacoplador interno quemado en la tarjeta de entrada de los sistemas PLC.
3. Escenario B: Al conectar el interruptor, el LED no se enciende. Las conclusiones de la prueba demuestran que la señal no llega al procesador de control de procesos. El problema está en el campo: el problema es el interruptor, el cable, el bloque de terminales o la distribución de la alimentación de 24 V.

Comprobación de errores de referencia del CNC y códigos de alarma

Los finales de carrera se utilizan en aplicaciones CNC para ejecutar funciones de control específicas, sirviendo como límite entre el movimiento físico y la seguridad digital para Homing (Referencia) y Overtravel (Límite duro). A diferencia de los dispositivos de salida que reciben órdenes, estos finales de carrera proporcionan una realimentación crítica.

• “Alarma ”Límite duro alcanzado“ / ”Parada de emergencia": Los circuitos de seguridad industriales suelen cablear los interruptores de sobrecarrera en bucles en serie “Normalmente Cerrados” (NC). Si se rompe un cable o falla un interruptor, la máquina interpreta que ha llegado al final del eje. Si la máquina está en el centro de su recorrido pero informa de un límite duro, la prueba indica un circuito roto (bucle abierto).
• “Fallo de búsqueda” / “Retorno de referencia incompleto”: Esto suele indicar que se golpeó el perro de desaceleración, pero la señal de punto cero (a menudo del mismo interruptor o un pulso de codificador) no se recibió dentro de la ventana de tiempo esperada. Esto apunta a un actuador de interruptor pegajoso que no se liberó lo suficientemente rápido, o una cara del sensor sucia.

Paso 2: Inspección visual y mecánica (la comprobación “en máquina”)

Prueba la mecánica antes de probar la electrónica. La mecánica en estos lugares es muy tosca. Un final de carrera es un dispositivo mecánico, que incluye un objetivo móvil. Al inspeccionar los finales de carrera, los defectos visuales, como daños físicos o desalineación, suelen ser la causa más frecuente de un fallo en las pruebas.

• Actuador Integridad: Pruebe el actuador / rodillo componentes, concretamente la palanca, el émbolo o el bigote. ¿Está doblado? ¿El rodillo no se mueve? Un rodillo que no está en movimiento sirve de freno y genera fricción y, en última instancia, conduce a fallo mecánico donde rompe el brazo de palanca.
• Cam/Condición del perro: Compruebe la leva de la máquina que debe accionar el interruptor. ¿Está desgastada? ¿Se ha desplazado a otro lugar? Si la leva no presiona el interruptor hasta alcanzar una apertura positiva, los contactos eléctricos no cambiarán. Si la leva presiona el interruptor hasta el punto de alcanzar esa apertura positiva, entonces sería excesivo y el mecanismo interno se estropearía.
• Tensión del cable: Primero comprueba los puntos de tensión. Tire del conducto o cable debe estar bien. Los puntos de tensión que son altos no deben haber sido reubicados. Los terminales de tornillo no son los únicos que están conectados a los cables internos. Pueden estar unidos a la carcasa del interruptor.

Paso 3: Procedimientos de comprobación eléctrica (Guía del multímetro)

Si se superan todas las pruebas anteriores, hay que realizar algunas pruebas de integridad eléctrica. Esto es lo que los técnicos noveles no suelen hacer, lo que provoca frustración. Es esencial realizar pruebas precisas para mantener un control exacto de los niveles de señal y garantizar la integridad del control automatizado a nivel de E/S.

Pruebas de interruptores mecánicos: Caída de tensión frente a resistencia

La trampa de la prueba del pitido. Depender en exceso y no superar la prueba de continuidad (pitido) o la prueba de Ohmios es una mala práctica. La razón es que la mayoría de los multímetros sólo pueden medir pequeñas tensiones (3 ó 9 voltios) y tienen un circuito de medición relativamente bajo (poca corriente utilizada). Podría ser que un contacto de un final de carrera haya desarrollado óxido de cobre (o algún otro aislante) en él que el multímetro no sea capaz de perforar (pero en realidad puede medir Abierto, o viceversa: indicar Cerrado (0 Ohmios). Esto significaría que el contacto es de baja ohmia, o puede estar experimentando un caso en el que hay un gran interruptor bajo carga, que en realidad tiene una resistencia muy grande, equilibrada con una pequeña cantidad de derivación de baja corriente.

La solución: Pruebas de caída de tensión (circuito vivo)

1. Mantenga la máquina alimentada (sólo alimentación de control de 24 V).
2. Coloque su sonda negra en el común de 24V (0V) en el bloque de terminales.
3. Coloque la sonda roja en el EntradaTerminal del PLC conectado al conmutador.
4. Interruptor Abierto: Debería medir 0V (o una tensión baja flotante).
5. Interruptor Cerrado: Deberías medir casi los 24V completos.
   1. Análisis crítico: Si mide 18V o 19V en lugar de 24V, el LED de entrada del PLC puede parpadear o permanecer apagado. Esto indica que Alta Resistencia de contacto. El interruptor se cierra mecánicamente, pero los contactos internos están corroídos o picados. El interruptor debe sustituirse.

Comprobación de sensores inductivos y fotoeléctricos (NPN frente a PNP)

Los sensores de estado sólido (interruptores de proximidad) no contienen contactos secos; por lo tanto, no utilizan ohmímetros. Debe estar en condiciones de distinguir entre las configuraciones NPN/PNP, concretamente entre los sistemas con lógica PNP (de origen) y los que tienen lógica NPN (de destino). Comprender el cableado NPN frente a PNP es fundamental para un diagnóstico correcto.

• Cableado industrial estándar (CC 3 hilos):
  • Marrón: +24 V CC
  • Azul: 0V CC
  • Negro: Señal (Carga)
• Comprobación de un sensor PNP (común en Europa/EE.UU.):
  • Sonda roja en el cable negro (señal).
  • Sonda negra en el cable azul (0V).
  • Objetivo Presente: El medidor indica +24V.
  • Objetivo Ausente: El medidor indica 0V.
• Comprobación de un sensor NPN (común en Asia):
  • Sonda roja en el cable marrón (+24V).
  • Sonda negra en el cable negro (señal).
  • Objetivo Presente: El medidor indica +24V.
  • Objetivo Ausente: El medidor indica 0V.
• Consejo para solucionar problemas: Si el LED del sensor se enciende pero no se produce ningún cambio de tensión en el cable de señal, es probable que el transistor de salida del sensor esté en cortocircuito o “abierto” debido a una sobrecarga anterior.

Diagnóstico avanzado: ¿Qué ocurre si el interruptor funciona correctamente pero falla bajo carga?

La pesadilla del mantenimiento industrial son las averías intermitentes, incluidos los “fallos fantasma”. La máquina se para repetidamente, pero el interruptor funciona perfectamente cuando se prueba estáticamente. Estos problemas rara vez son estáticos; se inclinan hacia fallos dinámicos que sólo aparecen durante el funcionamiento real de la máquina. A menudo se ven agravados por entornos hostiles que implican vibraciones, interferencias electromagnéticas o temperaturas extremas que afectan a la estabilidad electrónica en condiciones de control estricto de la temperatura.

Fatiga de cables en cadenas de arrastre: Los cables de los robots o los CNC de pórtico se doblan millones de veces. Puede que no se rompa el aislamiento y que se rompan los hilos de cobre. Las conexiones parecen estar bien cuando la máquina está parada (posición inicial), pero cuando el eje se desplaza a una posición determinada, el cable se dobla, los hilos de cobre se rompen y se pierde la señal.

• Prueba: Mueva el cable enérgicamente a lo largo de toda su longitud mientras controla la continuidad o la tensión.

Vibración y rebote por contacto: Si una máquina vibra mucho (por ejemplo, una punzonadora), un interruptor de acción rápida estándar puede experimentar “rebote de contacto”. Los contactos se separan físicamente durante microsegundos. Un PLC moderno de exploración rápida podría leer esta micro-ruptura como una señal de parada.

• Remedio: Compruebe los filtros de entrada del PLC (aumente el tiempo de rebote en el software) o cambie a un sensor sin partes móviles (inductivo).

EMI/Ruido: Si el cable del final de carrera corre paralelo a un cable de motor VFD en el mismo conducto de cables, el ruido de alta frecuencia puede inducir una tensión “fantasma” en la línea del final de carrera. El PLC ve 24V cuando debería ser 0V.

• Prueba: Mida la tensión de CA en la línea de señal de CC. Todo lo que supere unos pocos voltios de CA indica inducción. Utilice cables de par trenzado apantallados para resolver este problema.

¿Por qué fallan los finales de carrera industriales?

De hecho, para hablar de prevención, debemos hablar de la patología de la fallo mecánico. ¿Qué es lo que provoca la muerte de los componentes?

1. Líquido Entrada (El asesino #1): Los fluidos de corte y lavado suelen ser detergentes con moléculas de baja tensión superficial. Esto permite que se produzca la entrada de refrigerante, que se desliza fácilmente alrededor de las juntas de goma que no son óptimas. Cuando se produce la entrada de líquido, la grasa de contacto se mezcla con los fluidos formando un amasijo conductor o un fluido aislante, no conductor y pegajoso.

1. Sobrecarga mecánica: El cuerpo del interruptor se utiliza como tope mecánico. No se supone que el interruptor sea la barrera física de límite del sistema cuando se utiliza un sistema de pórtico de 2 toneladas. Este uso incorrecto provoca graves daños físicos.
2. Selección incorrecta del material: Utilizar un interruptor genérico con cuerpo de plástico en una célula de soldadura (las chispas funden la carcasa) o en una línea de procesamiento de alimentos (los limpiadores cáusticos agrietan el plástico ABS). Estos interruptores estándar no pueden resistir temperaturas extremas ni los ataques químicos típicos de los entornos difíciles.

Esto nos lleva al descubrimiento más importante, y es que ninguna prueba del mundo servirá de nada si el componente no es adecuado desde el principio.

Estrategia de prevención: Elegir el interruptor adecuado para entornos agresivos

La ingeniería de fiabilidad dicta que la mejor manera de solucionar un fallo recurrente es diseñarlo para que no se produzca. Si tiene que sustituir el mismo final de carrera en un eje concreto cada tres meses, no tiene un problema de mantenimiento, sino de especificación. El remedio permanente es dejar de sustituir “iguales por iguales” y en su lugar actualizar los componentes diseñados para soportar las tensiones específicas de su instalación.

Especificación estratégica: Adaptar el componente al factor de estrés

Antes de comprar un repuesto, analice el “factor de muerte” del fallo anterior. ¿Fue un impacto físico? ¿Intrusión de líquidos? ¿O un contacto eléctrico quemado? En entornos industriales, un interruptor genérico suele fallar porque no puede soportar la intersección específica de la tensión mecánica y ambiental.

Al seleccionar un final de carrera para maquinaria automatizada, utilice la siguiente matriz para asegurarse de que la especificación se ajusta a la realidad de la aplicación:

La ventaja OMCH: Estandarización inteligente para el retorno de la inversión

Deje de gestionar marcas que no coinciden. OMCH agiliza la adquisición con una solución integral que cubre todas las aplicaciones. Nuestra construcción híbrida inteligente combina cabezales de aluminio fundido a presión IP65 con cuerpos de plástico reforzado, lo que proporciona durabilidad industrial frente a refrigerantes, sin tener que pagar un precio elevado. Con un rango de -20 °C a +70 °C y contactos de aleación de plata de doble ruptura de 10 A, los interruptores OMCH pueden controlar cargas resistivas directamente, lo que le permite omitir los relés intermedios en los circuitos de control estándar para optimizar su lista de materiales. Estandarización significa menos tiempo de inactividad y mayor eficiencia.

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Conclusiones: Minimizar el tiempo de inactividad mediante un mantenimiento adecuado

El funcionamiento lógico de la comprobación de finales de carrera industriales implica comprobar el estado del PLC, seguido de una comprobación mecánica y una comprobación de diferentes tensiones. Conocer los sistemas de automatización industrial -en los que los PLC actúan como dispositivos lógicos en un entorno relativamente hostil- permite diagnosticar los fallos con mayor rapidez y precisión.

Sin embargo, los diagnósticos deben examinarse más a fondo. Un gestor de mantenimiento proactivo no examina la pila de conmutadores averiados y termina con la pregunta: “¿Por qué?”. Mediante una selección activa de los componentes de los conmutadores que ofrecen la protección contra la entrada, la vida útil mecánica y la resistencia a la temperatura necesarias, el mantenimiento pasa de ser una lucha constante contra incendios a una precisión programada que, en última instancia, aumenta la eficiencia general de la producción.

Asegúrese de que la bolsa de herramientas contiene el metro necesario, las medidas de seguridad no son violables y la cuna de piezas de repuesto está bien incorporado y bien abastecido con piezas que pueden adaptarse a los engranajes industriales.