Cuando el eje indica un error de desviación de posición

Cuando aparece una alarma de servo en una máquina CNC con control FANUC, a menudo la primera sospecha recae sobre el servoamplificador. Sin embargo, en el caso de las alarmas SV0410 – EXCESS ERROR (STOP) y SV0411 – EXCESS ERROR (MOVING), no conviene atribuir automáticamente el problema al amplificador.

La diferencia fundamental entre ambos códigos de alarma radica en si el exceso de desviación de posición se produce con el eje detenido o durante el movimiento.

La alarma SV0410 aparece cuando la desviación de posición medida con el eje en estado de parada supera el límite permitido. El control verifica este límite en función del valor definido en el parámetro 1829.

La alarma SV0411, en cambio, aparece cuando la desviación de posición del eje durante el movimiento supera el límite establecido en el parámetro 1828.

Desde el punto de vista del diagnóstico, esta diferencia es muy importante. Mientras que en el caso de la SV0410 debemos determinar por qué el eje no es capaz de mantenerse dentro del margen de desviación permitido cuando está detenido, en la SV0411 debemos averiguar por qué el eje no puede seguir correctamente la orden de movimiento emitida por el control. El fenómeno básico es el mismo en ambos casos: la diferencia entre la posición comandada por el CNC y la posición real determinada a partir de la realimentación se vuelve excesiva.

En los sistemas servo de las máquinas CNC, el control compara continuamente la posición comandada con la posición real recibida a través del sistema de realimentación. La diferencia entre ambas es el position error, es decir, la desviación de posición. Durante el movimiento es completamente normal que exista cierto error de seguimiento, ya que el sistema mecánico no puede seguir de forma instantánea la orden de posición emitida. Los controles FANUC muestran directamente este valor en la pantalla de diagnóstico: el DGN 300 indica la desviación de posición actual del eje correspondiente. Los manuales de mantenimiento y parametrización también describen la relación entre la desviación de posición, la velocidad de avance y el servo loop gain. Por tanto, un determinado nivel de desviación forma parte natural del funcionamiento del lazo de servo y, por sí solo, no implica necesariamente una anomalía.

El problema comienza cuando esta desviación supera el límite que el fabricante de la máquina considera aceptable para ese determinado estado de funcionamiento.

SV0410: desviación de posición excesiva con el eje detenido

La alarma SV0410 aparece cuando el eje ya debería haberse detenido, pero la diferencia entre la posición comandada y la posición real permanece por encima del límite permitido.

Si, debido a algún problema interno o externo, el eje tiende a desplazarse de la posición deseada, el sistema de servo intenta corregirlo continuamente. En condiciones normales, esta corrección es suficiente para mantener el position error dentro del margen admitido por el fabricante. Sin embargo, si el eje presenta un bloqueo mecánico, el freno del motor no se libera correctamente, el sistema de accionamiento y el motor no son capaces de generar el par necesario o la realimentación es incorrecta, la desviación de posición puede empezar a aumentar. Lo mismo puede ocurrir si el propio servoamplificador no funciona correctamente.

Si la desviación de posición mostrada con el eje detenido supera el límite establecido en el parámetro 1829, el control genera la alarma SV0410. Por tanto, el punto de partida del diagnóstico de una SV0410 es sencillo: el eje no es capaz de mantenerse dentro del margen de desviación permitido cuando está detenido.

La tarea consiste en determinar por qué.

SV0411: desviación de posición excesiva durante el movimiento

En el caso de la SV0411, la situación es algo diferente.

Aquí el eje está en movimiento, pero la posición real va quedando cada vez más retrasada respecto a la posición comandada. Si finalmente la desviación supera el límite establecido en el parámetro 1828, el control genera la alarma SV0411.

En la práctica, esto significa que el eje no es capaz de seguir correctamente la orden de movimiento emitida por el control. La causa puede ser una carga mecánica excesiva, un problema mecánico, un fallo del motor o del cableado, una realimentación incorrecta, una parametrización inadecuada del servo o incluso una avería del propio servoamplificador. Por este motivo, en una SV0411 es especialmente importante observar en qué condiciones de movimiento aparece la alarma.

¿Solo en avance rápido?

¿Al iniciar el movimiento del eje?

¿Únicamente durante aceleraciones elevadas?

¿O siempre en la misma posición de la máquina?

Este tipo de información puede aportar muchas más pistas durante el diagnóstico que el propio código de alarma. Si, por ejemplo, la avería aparece siempre en la misma posición, conviene revisar con especial atención el sistema mecánico. Si solo aparece a velocidades elevadas o durante aceleraciones, el diagnóstico puede orientarse en otra dirección.

¿Por qué no conviene modificar inmediatamente los parámetros?

En el caso de la SV0410, una de las soluciones que puede parecer más evidentes es aumentar el valor del parámetro 1829.

El razonamiento es sencillo: si la alarma aparece porque el position error supera el límite, aumentamos ese límite. De este modo, la alarma puede aparecer más tarde o incluso desaparecer por completo, Sin embargo, esto no elimina la causa real de la avería; únicamente la oculta.

El parámetro 1829 no reduce la desviación de posición real. Simplemente determina qué nivel de desviación acepta el control con el eje detenido antes de generar una alarma. Si la causa real es un husillo de bolas que se atasca, un freno de motor defectuoso, una realimentación incorrecta o un servoamplificador averiado, aumentar el límite no solucionará ninguno de estos problemas; como mucho, los ocultará temporalmente. El mismo principio se aplica al límite de desviación durante el movimiento relacionado con la SV0411. Los parámetros de servo suelen estar optimizados en función del sistema mecánico y del accionamiento de la máquina. Antes de modificarlos, es necesario conocer exactamente la función del parámetro correspondiente y comprobar los efectos del cambio en condiciones controladas.

Durante un proceso de diagnóstico, modificar un parámetro nunca debe sustituir la búsqueda de la causa real de la avería.

No siempre se trata de un fallo electrónico

En el diagnóstico de las alarmas SV0410 y SV0411 es importante tener en cuenta que la desviación de posición no refleja únicamente el estado de un solo componente.

En el control de posición intervienen conjuntamente el NC, el servoamplificador, el motor, el sistema mecánico y el sistema de realimentación. Un problema mecánico puede aumentar el valor de position error del mismo modo que una avería del motor, del cableado, de la realimentación o del amplificador. En un eje vertical, por ejemplo, además de una posible avería del motor o del sistema de frenado, la carga continua provocada por la gravedad puede ser un factor importante e influyente. En un eje horizontal, el problema puede deberse, entre otras causas, a un rodamiento axial defectuoso, un husillo de bolas que se desplaza con dificultad, una guía lineal dañada o una lubricación insuficiente del carro.

Por este motivo, el comportamiento de la avería es siempre un factor clave: Si la alarma aparece siempre en el mismo eje, en la misma posición o bajo las mismas condiciones de carga, este comportamiento ya puede proporcionar una orientación muy valiosa para el diagnóstico.

El papel de la realimentación

El NC solo puede determinar la posición real del eje a partir de la información que recibe del sistema de realimentación.

Esta información puede proceder del encoder integrado en el motor o, dependiendo de la configuración de la máquina, de un sistema de medición externo, como una regla lineal. Si la señal de realimentación es incorrecta, inestable o se interrumpe de forma intermitente, la diferencia entre la posición detectada por el control y la posición comandada también puede comportarse de manera anómala. Por este motivo, ante una SV0410 o SV0411 siempre conviene comprobar si la alarma de exceso de error ha aparecido de forma aislada o si previamente se ha producido alguna otra alarma relacionada con la realimentación, el encoder o el servo.

En muchos casos, un código de alarma aparecido anteriormente puede aportar información más relevante sobre el origen real del problema que la propia SV0410 o SV0411.

DGN 300: uno de los valores de diagnóstico más útiles

Al analizar cualquiera de estas dos alarmas, uno de los primeros valores que conviene comprobar es el DGN 300 – Position Error, ya que muestra directamente la desviación de posición actual de cada eje.

En el caso de una SV0410, permite observar claramente cómo se comporta este valor con el eje detenido.

¿Se mantiene estable?

¿Aumenta lentamente?

¿Se desplaza en una dirección determinada?

¿Cambia al actuar sobre el freno?

En una SV0411, en cambio, conviene observar cómo evoluciona la desviación de posición durante el movimiento del eje:

¿Aumenta con la velocidad?

¿Solo se dispara durante la aceleración?

¿Se comporta igual en ambos sentidos de movimiento?

¿O únicamente se vuelve anómala en una determinada posición de la máquina?

Dependiendo de la serie y de la configuración del control, las pantallas de servo tuning también pueden ofrecer información adicional de gran utilidad, como el actual loop gain, la desviación de posición, la corriente del motor y la velocidad real del motor. Analizando estos valores de forma conjunta es posible determinar con mucha mayor precisión si la avería apunta hacia un problema mecánico, de realimentación o electrónico.

¿Cuándo debemos sospechar realmente del servoamplificador?

Naturalmente, el propio servoamplificador también puede estar averiado. Si la etapa de potencia del amplificador u otra parte de su electrónica interna no funciona correctamente, es posible que el motor no sea capaz de generar el par que requiere el sistema de regulación, como consecuencia, la desviación de posición puede aumentar y terminar provocando una alarma SV0410 o SV0411. Sin embargo, ninguno de estos dos códigos demuestra por sí solo que el servoamplificador esté averiado.

Por este motivo, antes de sustituir un servoamplificador conviene comprobar como mínimo el estado mecánico, el motor, los cables de potencia y de realimentación, el freno y los valores de diagnóstico. Si la causa real de la avería no está en el amplificador, instalar un nuevo servoamplificador tampoco solucionará el problema. Además, determinados fallos del motor o del cableado pueden someter innecesariamente a la unidad de sustitución a un riesgo adicional.

Parámetros y valores de diagnóstico relacionados:

PRM 1828: límite de desviación de posición durante el movimiento

Parámetro directamente relacionado con la SV0411. Si la desviación de posición supera durante el movimiento del eje el límite establecido en este parámetro, el control genera una alarma SV0411.

PRM 1829: límite de desviación de posición con el eje detenido

Parámetro directamente relacionado con la SV0410. Si la desviación de posición con el eje detenido supera el límite establecido en este parámetro, el control genera una alarma SV0410.

PRM 1825: Servo loop gain

Parámetro relacionado con la ganancia del lazo de regulación del eje. El manual de mantenimiento también hace referencia a él al analizar la relación entre la desviación de posición y la velocidad de avance.

PRM 1826: In-position width

Este parámetro no constituye el límite directo de las alarmas SV0410 o SV0411. Durante la comprobación de in-position, determina el margen dentro del cual el posicionamiento puede considerarse finalizado.

DGN 300: Position Error

Muestra para cada eje la desviación de posición actual en unidades de detección (detection units). Es uno de los valores de diagnóstico más importantes durante la búsqueda de averías relacionadas con SV0410 y SV0411.

El código de alarma muestra el fenómeno, pero la causa debemos encontrarla nosotros

Las alarmas SV0410 y SV0411 son un buen ejemplo de que la interpretación de una avería mostrada por el control no termina con la lectura del código de alarma.

A partir de ese momento, debemos determinar mediante experiencia técnica y diagnóstico si el origen está en un bloqueo mecánico, un problema del motor o del freno, el cableado, la realimentación, una parametrización incorrecta o realmente en una avería del servoamplificador.

Por eso, la forma correcta de enfocar el problema no es preguntarse: ¿Qué amplificador hay que sustituir?

sino: ¿Por qué este eje no es capaz de mantener o seguir correctamente la posición comandada?

Cuando tenemos la respuesta a esa pregunta, la sustitución de un componente deja de ser una suposición y pasa a ser la consecuencia lógica del diagnóstico.

¿La sospecha recae sobre el servoamplificador?

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