MOTION - Servomotor con freno

Hay muchos modelos de servomotores en el mercado, con distintas especificaciones. Una de ellas es la integración de un freno de retención. 
Se utiliza, comunmente, en sistemas mecánicos que requieren un frenado brusco o mantener la carga sin potencia (p.e. aplicaciones de elevación).

Este tipo de frenos suelen estar compuestos por un imán permanente y una bobina que, en caso de encontrarse en reposo y sin corriente, el campo magnético que forma el imán les frena. 

Tienen reducidas dimensiones y suelen encontrarse ubicados en la parte trasera del motor.

Normalmente, el freno se controla directamente mediante una salida digital del servodrive, y lo más habitual es que el cable de freno vaya integrado en el de potencia. 

En este artículo se expondrá con que criterio seleccionar el servomotor con freno, se detallará como funciona y se presentarán aquellas consideraciones a tener en cuenta cuando se utilice. 

¿ESPECIFICACIONES DEL FRENO?

Al optar por un servomotor con freno, se deben tener presentes las siguientes especificaciones básicas del mismo: 

- Tensión nominal: V 
Es el voltaje de excitación con el que se desenclava el freno del motor. 

- Consumo: A / W
Necesario saberlo para dimensionar la fuente de alimentación que utilizará el freno (si se requiere que sea externa). 

- Momento de inercia de retención: kg·m^2
Nos permite estimar el tiempo que se tardará en frenar si conocemos el par de frenado y la velocidad actual. 

- Par de fricción: N·m
Podríamos decir que es el dato más relevante, pues nos indica el par de sujeción que tendrá el freno cuando el motor esté parado.
Nos permite saber si el eje será capaz de mantener la carga con el freno enclavado.

- Tiempos de activación/desactivación: ms
Indica el tiempo de respuesta del freno para desenclavarse/enclavarse. 

¿CÓMO FUNCIONA?

Como ya se ha comentado anteriormente, lo servomotores suelen tener frenos no excitables, es decir, se liberan cuando se aplica el voltaje de excitación
Entonces, lo común es que el drive siempre lo mantenga activo (desenclavado), exceptuando las siguientes situaciones:

1) Se hace un servo OFF por programa.
Lo normal es que esto se haga deshabilitando el bloque de función de MC_Power.

2) Se pierde alimentación de control/potencia.
Ante cualquiera de estas situaciones, el freno se enclavará. 

3) Se da un error en el drive.
Por seguridad, frente a cualquier error del servo, entrará el freno.

4) Se activa alguna prohibición de movimiento.
Las prohibiciones más comunes son los limites de posición del eje, ya estén definidos por software o hardware (finales de carrera).

5) Se entra en estado de Safe Torque Off.
La STO (parada segura) es una funcionalidad de safety que muchos drives actuales incorporan, mediante comunicaciones o entradas digitales. Cuando se activa, entra el freno.

No obstante, hay situaciones en las que puede no interesar trabajar con el freno de este modo que lo controla el drive...
Entonces, también es posible controlar su apertura y cierre de forma independiente, por ejemplo, utilizando una salida digital del autómata.

¿PRECAUCIONES?

Está claro que hay que ser cuidadoso al utilizar el freno de un servomotor, pues un mal uso puede ser fatal. Seguidamente se exponen algunas de las precauciones que se deben tener en cuenta:

- Nunca intentar mover el motor sin el freno cableado.
Es un error muy común el intentar mover el motor sin haber cableado el freno. Evidentemente este estará enclavado y, el intentar moverlo, puede dañar el eje del motor de forma permanente. Aunque, en el mejor de los casos, puede darse antes un error de sobrecarga/sobrecorriente.
Siempre asegurarnos, la primera vez de moverlo, que llega la tensión de excitación al freno.

- Evitar enclavar el freno cuando el motor está moviéndose.
Si el motor se está moviendo, aún siendo a bajas revoluciones, es peligroso hacer entrar el freno. A la larga puede ocasionar daños al motor, por desgaste.

- Cerciorarse de que la entrada del freno no puede ser peligrosa para el operario.
Como antes he comentado, frente a cualquier error o prohibición, el servo enclavará el freno (no quedará libre de par). Por lo que hay que estar seguro de que esto no puede representar ningún peligro para las personas.

- Tener en cuenta el delay en la apertura/cierre. 
Ya ha quedado claro que el freno tiene un tiempo de reacción. Puede ser crítico en algunos casos donde se requiera una acción inmediata del freno.
Esto es posible que se acentúe si se controla externamente, por ejemplo, desde un PLC (donde el refresco de la salida irá ligada al ciclo de SCAN).

- Cumplir con las recomendaciones básicas de EMC en la instalación del servo.
Si el cable del freno se ve afectado por perturbaciones (ruido), se pueden dar oscilaciones en la tensión de excitación del freno...
Si baja mucho, podría enclavarse el freno accidentalmente. 
Si se da algún pico, se puede ir dañando progresivamente.

- Tener presente el fenómeno de magnetización. 
Al trabajar con un imán permanente, la activación del freno genera un campo magnético.
Por lo general, no es crítico. Pero, dependiendo el producto con el que se trabaje, puede dar problemas (p.e. virutas metálicas). 

- Siempre seguir las recomendaciones adicionales que pueda hacer el fabricante.
Se deben tener en cuenta otras posibles restricciones (como la frecuencia de uso, la vida útil de la salida del drive, etc).