Medidas de protección y equipo complementario

Introducción

Cuando la evaluación de riesgos muestra que una máquina o proceso lleva consigo un riesgo de lesión, el peligro debe ser eliminado o contenido. La manera en la cual se puede obtener esto dependerá de la naturaleza de la máquina y del peligro. Medidas protectoras en combinación con la guarda de protección evitan, ya sea el acceso a un área de peligro o movimientos peligrosos en un área peligrosa cuando es posible el acceso. Ejemplos típicos de medidas de protección son guardas de enclavamiento, cortinas de luz, tapetes de seguridad, controles con las dos manos e interruptores de habilitación.

Los dispositivos y sistemas de paro de emergencia está asociados a los sistemas de control relacionados con la seguridad pero no son sistemas de protección directos, sólo deben ser considerados como medidas de protección complementarias.


Como prevenir el acceso

Guardas de aislamiento fijas

Si el peligro es en la parte de la maquinaria que no requiere acceso, de debe fijar una guarda de manera permanente a la maquinaria tal como puede observarse en la Figura 21. Estos tipos de guarda requieren herramientas para su extracción. Las guardas fijas deben poder 1) resistir su entorno de operación, 2) contener proyectiles donde sea necesario, y 3) no ocasionar peligros por ejemplo, con bordes filosos. Las guardas fijas pueden tener aberturas en el área donde la guarda encuentra la maquinaria o aberturas debido al uso de un envolvente de malla metálica.

Las ventanas son una forma conveniente de monitorear el rendimiento de la máquina, al momento de obtener acceso a esa parte de la máquina. Se debe tener especial cuidado al momento de elegir el material usado, ya que las interacciones químicas con fluidos de corte, rayos ultra-violetas y el simple envejecimiento ocasiona la degradación de los materiales de las ventanas con el paso del tiempo.


Click to enlarge - Fig 4.01 Fixed Guards
 
Figura 21: Guardas fijas

El tamaño de las aberturas debe impedir que el operador esté en peligro. La Tabla O-10 en U.S. OHSA 1910.217 (f) (4), ISO 13854, Tabla D-1 de ANSI B11.19, Tabla 3 en CSA Z432, y AS4024.1 proporcionan orientación acerca de la distancia apropiada a la cual debe estar una abertura específica del peligro.

Como detectar el acceso

Se pueden utilizar medidas de protección para detectar el acceso a una zona de peligro. Cuando se selecciona la detección como método de reducción de riesgos, el diseñador debe entender que debe usarse un sistema de seguridad completo; el dispositivo de protección, por si mismo, no proporciona la reducción de riesgos necesaria.

Este sistema de seguridad generalmente consiste de tres bloques: 1) Un dispositivo de entrada que detecte el acceso a una zona de peligro, 2) un dispositivo lógico que procese las señales que provienen del dispositivo de detección, revise el estado del sistema de seguridad y encienda y apague los dispositivos de salida, y 3) un dispositivo de salida que controle el accionador (por ejemplo, un motor). Figura 22 muestra el diagrama de bloque de un sistema de seguridad simple.


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Figura 22: Diagrama de bloque del sistema de seguridad

Dispositivos de detección

Hay muchos dispositivos alternativos disponibles para detectar la presencia de una persona ingresando a o en el área de peligro. La mejor opción para una aplicación específica depende de un número de factores.


Las guardas móviles seleccionadas de manera apropiada pueden ser enclavadas para brindar protección contra los proyectiles, fluidos, nebulizaciones y otros tipos de peligro, y son normalmente utilizadas cuando no es frecuente el acceso al área de peligro. Las guardas de enclavamiento también pueden estar bloqueadas para evitar el acceso mientras la máquina está en el medio del ciclo y cuando la máquina requiere un tiempo largo para detenerse.

La presencia de dispositivos de detección, como cortinas de luz, tapetes y escáneres, permiten un acceso fácil y rápido al área de peligro y son normalmente seleccionados cuando los operadores deben acceder al área de peligro con frecuencia. Estos tipos de dispositivos no proporcionan protección contra proyectiles, nebulizaciones, fluidos, u otro tipo de peligro.

La mejor elección de medida de protección es un dispositivo o sistema que provee la protección máxima con el mínimo obstáculo al funcionamiento normal de la máquina. Todos los aspectos del uso de la máquina deben tenerse en cuenta, ya que se sabe que un sistema que sea difícil de usar tiene más posibilidades de ser desmontado o eludido.


Dispositivos de detección de presencia

Al momento de decidir como proteger una zona o área es importante tener un entendimiento claro de cuáles exactamente son las funciones de seguridad necesarias.

En general habrá por lo menos dos funciones.


1. Apagar o desconectar la corriente eléctrica cuando una persona ingresa al área de peligro.
2. Prevenir el encendido o la conexión de la corriente eléctrica cuando una persona se encuentra en el área de peligro.

A primera vista estos parecen ser la misma cosa pero a pesar de que están obviamente vinculadas, y son normalmente llevadas a cabo por el mismo equipo, son en realidad dos funciones separadas. Para lograr el primer punto necesitaremos utilizar alguna forma de dispositivo de disparo. En otras palabras un dispositivo que detecte que una parte de una persona ha traspasado cierto punto y da la señal de desactivar la corriente eléctrica. Si la persona puede continuar después de este punto de desconexión y su presencia ya no es detectada, entonces el segundo punto (evitar el encendido) puede no ser logrado.

La Figura 23 muestra un ejemplo de ingreso de un cuerpo entero con una cortina de luz montada de manera vertical como dispositivo de disparo. Las puertas de guarda enclavadas pueden también ser consideradas como el único dispositivo de disparo cuando no hay nada que pueda evitar que la puerta se cierre después del ingreso de alguna persona.


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Figura 23: Accesos de cuerpo completo

Si el acceso de todo el cuerpo no es posible, por lo cual una persona no podría continuar pasado el punto de disparo, su presencia será siempre detectada y se logrará el segundo punto (evitar el encendido).

Para aplicaciones de cuerpo parcial, como puede observarse en la Figura 24, los mismo tipos de dispositivos llevarán a cabo la detección de presencia y el disparo. La única diferencia es el tipo de aplicación.

Los dispositivos de detección de presencia son utilizados para detectar la presencia de personas. La familia de dispositivos incluyen cortinas de luz de seguridad, barreras de seguridad de haz simple, escáneres de áreas de seguridad, tapetes de seguridad y bordes de seguridad.


Click to enlarge - Fig 4.04 Partial Body Access
 
Figura 24: Acceso de cuerpo parcial

Cortinas de luz de seguridad

Las cortinas de luz de seguridad son simplemente descritas como sensores fotoeléctricos de presencia especialmente diseñados para proteger al personal contra lesiones relacionadas al movimiento peligroso de la máquina. También conocidas como AOPDs (dispositivos de protección opto-electrónicos activos) o ESPE (equipo de protección electrosensible), las cortinas de luz ofrecen una seguridad óptima, además permiten mayor productividad y son la solución ergonómica más adecuada si se la compara con las guardas mecánicas. Son ideales para aplicaciones en las que el personal necesita acceder fácilmente y con frecuencia a un punto de operación que presenta algún tipo de peligro.

Las cortinas de luz están diseñadas y probadas para cumplir con el IEC 61496-1 y -2. No hay una versión EN armonizada de la parte 2 por lo que el Anexo IV de la Directiva de maquinarias europeas requiere de certificación de otros fabricantes de cortinas de luz previo a colocarlas en el mercado en la Comunidad Europea. Los otros fabricantes prueban las cortinas de luz para cumplir con este estándar internacional. Underwriter's Laboratory ha adoptado IEC 61496-1 como un estándar nacional de EE.UU.


Operación

Las cortinas de luz de seguridad consisten en una pareja de emisor y receptor que crea una barrera de haces múltiples de luz infrarroja en la parte delantera, o alrededor, de un área peligrosa. El emisor está sincronizado con el receptor por medio de un haz fotoeléctrico más cerca de un extremo del envolvente. Para eliminar la sensibilidad a disparos falsos atribuidos a la luz ambiental e interferencia (comunicación cruzada) de otros dispositivos optoeléctricos, los LEDs en el emisor son pulsados a una frecuencia específica (frecuencia modulada), con cada LED pulsado secuencialmente para que un emisor solo pueda afectar al receptor específico asociado a el. Cuando todos los haces han sido revisados, el escán comenzará nuevamente. Un ejemplo de un sistema de cortina de luz básica puede observarse en la Figura 25.


Click to enlarge - Fig 4.05 Basic Light Curtain
 
Figura 25: Sistema de seguridad de cortina de luz básico

Cuando cualquiera de los haces se bloquea por intrusión dentro del campo de detección, el circuito de control de la cortina de luz apaga las señales de salida. La señal de salida debe usarse para abandonar el área peligrosa. La mayoría de las cortinas de luz tienen salidas OSSD (dispositivos de conmutación de señal de salida). Las OSSDs son transistores de tipo PNP con protección contra cortocircuito, protección contra sobrecarga y detección de fallo cruzado (canal a canal). Estos pueden cambiar dispositivos de CC, como por ejemplo, contactores de seguridad y relés de control, usualmente hasta 500 mA.

Enclavamiento de inicio/reinicio: Las cortinas de luz están diseñadas para interconectar directamente con cualquiera de los accionadores de la máquina de baja potencia o dispositivos lógicos como monitoreo de relés de seguridad o controladores de seguridad programables. Al momento de interactuar con los accionadores de la máquina directamente, se debe utilizar la entrada del enclavamiento de inicio/reinicio de la cortina de luz. Esto evita que la cortina de luz reinicie el peligro cuando la cortina de luz es encendida inicialmente o cuando la cortina de luz es desbloqueada.


EDM: Las cortinas de luz también tienen una entrada que permite monitorear los accionadores de la máquina. Esto es conocido como EDM (monitoreo de dispositivo externo). Después de que la cortina de luz es desbloqueada, la misma determina si el accionador externo está apagado antes de habilitar algún reinicio.

El emisor y receptor también pueden ser interconectados a una unidad de control que proporciona la lógica necesaria, las salidas, los diagnósticos de sistema y funciones adicionales (muting, supresión del haz, PSDI) ideales para la aplicación.

El sistema de cortinas de luz debe estar habilitado para enviar una señal de detención a la máquina aún en el caso de fallo(s) de un componente. Las cortinas de luz tienen dos salidas cruzadas monitoreadas que están diseñadas para cambiar el estado cuando el campo de detección se rompe. Si una de las salidas falla, la otra salida responde y envía una señal de detención a la máquina controlada y como parte del sistema cruzado monitoreado, detecta si la otra salida no cambio el estado o si responde. La cortina de luz entrará luego en la condición de bloqueo. lo cual evitará que la máquina opere hasta que la cortina de luz de seguridad sea reparada. El restablecimiento de las cortinas de luz de seguridad o desconectar y volver a conectar la alimentación eléctrica no servirá para desbloquearlas.


Click to enlarge - Fig 4.06 Light Curtain to MSR or PLC
 
Figura 26: Conexión de la cortina de luz con el MSR o los PLC de seguridad

Las cortinas de luz son integradas normalmente al sistema de seguridad por medio de la conexión de ambas al sistema de relé de monitoreo de seguridad (MSR) o PLC de seguridad, tal como se puede observar en la Figura 26. En este caso, el MSR o los PLC de seguridad manipulan los interruptores de las cargas, el enclavamiento de inicio/reinicio y el dispositivo externo de monitoreo. Este enfoque es utilizado para las funcione de seguridad más complejas, y para requisitos de conmutación de carga. Esto también minimiza el cableado a la cortina de luz.

Resolución:

Uno de los criterios más importante para la cortina de luz es su resolución. La resolución es el tamaño máximo teórico que un objeto puede tener para poder disparar la cortina de luz en cualquier momento. Normalmente las resoluciones utilizadas son de 14 mm, que es normalmente utilizado para la detección de dedos, 30 mm, normalmente utilizado para la detección de mano, y 50 mm, normalmente utilizado para la detección de tobillos. Los valores más grandes son utilizados para la detección del cuerpo entero.

La resolución es uno de los factores que determinan cuan cerca del peligro puede ubicarse la cortina de luz. Vea Cálculo de distancia de seguridad para mayor información.


Aplicaciones verticales:

Las cortinas de luz son a menudo más usadas en aplicaciones de montaje vertical. Las cortinas de luz deben ser colocadas a una distancia tal que evite que el usuario llegue al peligro antes de que el peligro se detenga.

En aplicaciones de aproximación, la interrupción de la cortina de luz inicia un comando de detención hacia el peligro. Mientras se siga accediendo, cargando o descargando partes por ejemplo, el operador estará protegido porque alguna parte de su cuerpo está bloqueando la cortina de luz y evitando el reinicio de la máquina.

Las guardas fijas o protección adicional deben evitar que el operador esté sobre, debajo o cerca de la cortina de luz. La Figura 27 muestra un ejemplo de una aplicación vertical.


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Figura 27: Aplicación vertical

En cascada

La cascada es una técnica para conectar un conjunto de cortinas de luz directamente con otro conjunto de cortinas de luz tal como se puede observar en la Figura 28. Un conjunto actúa como anfitrión, y el otro conjunto actúa como secundario. Una tercera cortina de luz puede ser agregada como segundo dispositivo. Este enfoque ahorra los costos de cableado y de los terminales de entrada en el dispositivo lógico. La desventaja es que el tiempo de respuesta de las cortinas de luz en cascada se ve incrementado a medida que se tiene que revisar una mayor cantidad de haces durante cada escán de la cortina de luz en cascada.


Click to enlarge - Fig 4.08 Cascaded Light Curtain
 
Figura 28: Cortinas de luz en cascada

Supresión de haz fija

La supresión permite que algunas porciones del campo de detección de la cortina de luz sean inhabilitadas para aceptar los objetos típicamente asociados con este proceso. Estos objetos deben ser ignorados por la cortina de luz, mientras ésta aún proporcione la detección del operador.

La Figura 29 muestra un ejemplo donde el objeto está inmóvil. El montaje del hardware, las partes de la máquina, herramientas, o transportador se encuentran en la porción de supresión de la cortina de luz. Conocida como supresión fija monitoreada, esta función requiere que el objeto esté en un área específica en todo momento. Si alguno de los haces programados como “suprimidos” no son bloqueados por los accesorios o piezas de trabajo, una señal de paro es enviada a la máquina.


Click to enlarge - Fig 4.09 Blanked Conveyor
 
Figura 29: La cortina de luz es suprimida donde está fijado el transportador

Supresión flotante

La supresión flotante permite que un objeto, tal como un material de alimentación, penetre en el campo de detección en cualquier momento sin parar la máquina. Esto se logra, inhabilitando hasta dos haces de luz en cualquier lugar dentro del campo de detección. En lugar de crear una ventana fija, los haces suprimidos se mueven hacia arriba y hacia abajo, o “flotan” según sea necesario.

El número de haces que pueden ser suprimidos depende de la resolución. Dos haces pueden ser suprimidos con una resolución de 14 mm, mientras que solo un haz puede ser suprimido cuando se utiliza una resolución de 30 mm. Esta restricción mantiene una apertura más pequeña para evitar que el operador pase sobre los haces suprimidos.

Los haces pueden ser bloqueados en cualquier lugar en el campo de detección excepto el haz de sincronización sin que el sistema envíe una señal de paro a la maquinaria protegida. Una freno de prensa, como puede observarse en la Figura 30, sería un buen ejemplo. A medida que el ariete se mueve hacia abajo, la chapa de metal se dobla y se desplaza por la cortina de luz, rompiendo solo uno o dos haces contiguos a la vez.


Click to enlarge - Fig 4.10 Floating Blanking
 
Figura 30: Supresión flotante

Cuando se utiliza la supresión, flotante o fija, la distancia de seguridad (distancia mínima a la que la cortina de luz puede estar del peligro de modo que un operador no pueda llegar a la zona de peligro antes de que se detenga la máquina) se ve afectada. Debido a que la supresión incrementa el tamaño mínimo del objeto que puede ser detectado, la distancia de seguridad mínima también deberá ser mayor basado en la fórmula para calcular la distancia de seguridad mínima (ver Cálculo de distancia de seguridad).

Aplicaciones horizontales

Una vez calculada la distancia de seguridad, el diseñador puede encontrar que el operador de la máquina puede entrar en el espacio entre la cortina de luz y el peligro. Si este espacio excede los 300 mm (12 pulg.), se deberán considerar precauciones adicionales. Una solución es montar una segunda cortina de luz en posición horizontal. Estos pueden ser dos conjuntos de cortinas independientes o una pareja de cortinas de luz en cascada. Otra alternativa es la de montar una cortina de luz más larga sobre un ángulo de la máquina. Estas alternativas pueden observarse en la Figura 31. En cualquier caso, las cortinas de luz deben ser colocadas a una distancia segura de la zona del peligro.


Click to enlarge - Fig 4.11 L Shape or Angle
 
Figura 31: Soluciones alternativas para el espacio entre la cortina de luz y el peligro

Para distancias de seguridad más amplias o para la detección del área, las cortinas de luz pueden ser montadas de manera horizontal, tal como se puede observar en la Figura 32. Las cortinas de luz no deben montarse muy cerca del piso para evitar que se ensucien, ni muy altas para permitir que alguien pueda pasar por debajo de la cortina de luz. Una distancia de 300 mm (12 pulg.) sobre el suelo es lo que normalmente se utiliza. Además, las cortinas de luz no deben ser utilizadas como medio para obtener acceso. La resolución de la cortina debe seleccionarse para, por lo menos, detectar el tobillo de una persona. No se utiliza una resolución mayor a 50 mm para la detección de un tobillo. Si la cortina de luz no protege la celda entera, se deberá utilizar una función de reposo manual. El botón de restablecimiento debe estar ubicado fuera de la celda con una vista completa de la misma.

Click to enlarge - Fig 4.12 Horizontal LC
 
Figura 32: Aplicación horizontal de una cortina de luz

Control de perímetro o de área de acceso

El control del perímetro de acceso es normalmente utilizado para detectar el acceso a lo largo del borde exterior del área de peligro. Las cortinas de luz utilizadas para detectar el perímetro de acceso tiene resoluciones que detectan cuerpos completos, como puede observarse en la Figura 33. Esto puede ser logrado de un par de maneras diferentes. Normalmente se utilizan cortinas de luz de múltiples haces, de dos o tres haces o de un dispositivo de haz simple que es reflejado sobre los espejos para crear un patrón de haces dual. En cualquiera de los casos, el haz más bajo debe estar a 300 mm (12 pulg.) sobre el piso, y el haz más alto debe evitar que una persona simplemente pase por encima de la cortina de luz.

Los espejos pueden utilizarse para desviar el haz de luz alrededor de la celda. La distancia que la cortina de luz puede cubrir se ve reducida debido a las pérdidas en los reflejos de los espejos. El alineamiento de la cortina de luz es más difícil y usualmente se necesita una herramienta visible de alineamiento de láser.


Click to enlarge - Fig 4.13 Perimteter with Mirrors
 
Figura 33: Los espejos crean el perímetro

Los espejos se pueden usar para desviar el haz de luz alrededor de la celda. La distancia que la cortina de luz puede cubrir se ve reducida debido a las pérdidas en los reflejos de los espejos. El alineamiento de la cortina de luz es más difícil y usualmente se necesita de una herramienta visible de alineamiento de láser.

Click to enlarge - Fig 4.14 Single Beam
 
Figura 34: Dispositivos de haz simple para una aplicación de bajo riesgo

Algunos dispositivos de haz simple tienen distancias de detección extensivas (hasta 275 pies). Esto permite que un dispositivo de haz de luz simple pueda crear una barrera protectora alrededor de las máquinas peligrosas. Debido a que solo puede haber una configuración de haz simple o dual, este enfoque se limita a las aplicaciones de bajo riesgo. La Cálculo de distancia de seguridad sección trata acerca de la ubicación y separación del haz para obtener campos de protección adecuados. La Figura 34 muestra un ejemplo de una aplicación de haz simple. Este enfoque es generalmente utilizado en aplicaciones de bajo riesgo, debido a un separación mayor de haces. La interrupción de un haz se utiliza para detener el movimiento de la máquina peligrosa.

Escáneres de láser de seguridad

Los escáneres láser de seguridad utilizan un espejo giratorio que desvía los impulsos de la luz sobre un arco, creando un plano de detección. La ubicación del objeto está determinada por el ángulo de rotación del espejo. Utilizando una técnica de “tiempo de vuelo” de un haz reflejado de una luz invisible, el escáner también puede detectar la distancia a la cual se encuentra el objeto. Si se toma la distancia medida y la ubicación del objeto, el escáner láser determinará la posición exacta del objeto.

Los escáner láser crean dos zonas: 1) una zona de advertencia y 2) una zona de seguridad. La zona de advertencia proporciona una señal que no desactiva el peligro e informa a las personas que se están acercando a la zona de seguridad tal como puede observarse en la Figura 35. Los objetos que ingresan o que se encuentran dentro de la zona de seguridad hacen que el escáner láser emita un comando de paro; las salidas OSSD se apagan.

La forma y el tamaño del área protegida es configurada por un programa de software integrado y que puede descargarse desde al escáner. El cálculo de la distancia de seguridad debe utilizarse para determinar el tamaño adecuado de la zona de seguridad.

Una ventaja del escáner láser sobre las cortinas de luz o los tapetes es la habilidad para re configurar el área. La Figura 35 muestra un ejemplo del campo de advertencia configurado para ignorar los objetos estructurales.


Click to enlarge - Fig 4.15 Scanner Single Case
 
Figura 35: Campo de advertencia configurado alrededor de objetos estructurales

Los desarrollos en la tecnología del escáner de láser permiten que un escáner simple cubra zonas múltiples. En la Figura 36, el escáner de láser permite que el operador tenga acceso a uno de los lados (mostrado como envolvente 1) mientras el robot está ocupado en el otro lado (envolvente 2).

Escáneres más viejos tienen salidas electromecánicas. Los escáneres más nuevos adoptan los mismos principios que las cortinas de luz y proporcionan salidas OSSD con revisión cruzada, monitoreo de dispositivo externo y enclavamiento de reinicio para uso autónomo. Las salidas OSSD también pueden ser conectadas a dispositivos lógicos cuando es necesario como parte de un sistema más grande.


Click to enlarge - Fig 4.16 Scanner Dual Case
 
Figura 36: Aplicación MultiZone del escáner de láser

Muting

Muting se caracteriza como la suspensión temporaria, automática de una función de seguridad. Algunas veces, el proceso requiere que la máquina se detenga cuando el personal entra al área, pero sigue en funcionamiento cuando un material de alimentación inmediata ingresa. En tal caso, es necesaria la función de muting. Muting está permitido durante el ciclo de la porción de la máquina que no es peligrosa o que no debe exponer a una persona al peligro.

Se utilizan sensores para iniciar la función de muting. Los sensores pueden estar clasificados como seguros o como no seguros. Los tipos, número y ubicación de los sensores de muting se deben seleccionar de acuerdo a los requisitos de seguridad determinados por la evaluación de riesgos.


La Figura 37 muestra una configuración de muting del manejo de materiales del transportador utilizando dos sensores. Los sensores están configurados en un patrón X. Algunas unidades lógicas requieren un orden específico en el cual se bloquean los sensores. Cuando el orden es importante, el patrón X debe ser asimétrico. Para aquellas unidades lógicas que utilizan las entradas del sensor como parejas, el patrón X puede ser simétrico. Los foto sensores retrorreflexivos, polarizados son normalmente utilizados para evitar el inicio falaz de la función de muting causado por reflexiones falsas, o causando disparos indeseados. Se pueden utilizar además, otras tecnologías de sensores, tales como los sensores inductivos y los interruptores de final de carrera.

Click to enlarge - Fig 4.17 Two Sensor Muting
 
Figura 37: Transportador 2 Sensor de muting

Otro enfoque comúnmente aplicado es utilizar cuatro sensores, tal como puede observarse en la Figura 38. Se montan dos sensores en el lado del peligro y dos en el lado no peligroso. Los sensores miran directamente en dirección del transportador. La forma y la posición del objeto es menos importante en este enfoque. El largo del objeto es importante ya que el objeto debe bloquear los cuatro sensores.

Click to enlarge - Fig 4.18 Four Sensor Muting
 
Figura 38: Transportador 4 Sensor de muting

Una aplicación común es que una carretilla elevadora ingrese al transportador. Para el muting de la cortina de luz, la carretilla elevadora debe ser detectada por sensores. El desafío es ubicar los sensores de manera tal que puedan detectar la carretilla elevadora y no una persona. La Figura 39 muestra un ejemplo de esta aplicación.

Click to enlarge - Fig 4.19 Fork Truck Muting
 
Figura 39: Carretilla elevadora 2 Sensor de muting

El acceso a las celdas robóticas también se realiza por medio del muting. Tal como puede observarse en la Figura 40, los interruptores de final de carrera, ubicados en la base del robot, indica la posición del robot. Se aplica muting a los dispositivos de protección (las cortinas de luz y tapetes de seguridad) cuando el robot no está en una posición peligrosa.

Click to enlarge - Fig 4.20 Robot Cell Muting
 
Figura 40: Muting de un celda robótica

Inicio de dispositivo de detección de presencia (PSDI)

Conocido también como modo de operación de simple apertura, doble apertura o paso a paso, PSDI requiere el uso de una cortina de luz no solo como dispositivo de seguridad, sino como el control para el funcionamiento de la máquina. PSDI inicia el ciclo de una máquina basado en el número de veces que se rompe el campo de detección. Por ejemplo, cuando un operador se aproxima al peligro para insertar una pieza de trabajo, la interrupción de los haces detiene inmediatamente la máquina o evita el reinicio de la misma hasta que el operador retire su mano del área, y en ese momento la máquina inicia automáticamente su siguiente ciclo. Este proceso puede ser realizado por dispositivos lógicos de seguridad programable o por relés de monitoreo especialmente diseñados para esta función.

El auto inicio permite que la máquina comience y se detenga basado en la cantidad de veces que los haces de la cortina de luz son interrumpidos o bloqueados. En las Figuras 41 a la 43 se puede observar un modo de auto inicio de doble apertura (luego de la secuencia inicial de puesta en marcha).

En el paso 1, el operador interrumpe la cortina de luz. La máquina se detiene y el operador extrae le material procesado. El operador desbloquea la cortina de luz, realizando la primera apertura.


Click to enlarge - Fig 4.21 PSDI Step 1
 
Figura 41: Paso 1 de Apertura doble de PSDI

Click to enlarge - Fig 4.22 PSDI Step 2
 
Figura 43: Paso 2 de Apertura doble de PSDI

Click to enlarge - Fig 4.23 PSDI Step 3
 
Figura 43: Paso 3 de Apertura doble de PSDI

En el paso 2, el operador interrumpe la cortina de luz por segunda vez y carga material nuevo. La máquina permanece en modo de paro.

En el paso 3, la máquina comienza automáticamente luego del segundo desbloqueo de la cortina de luz.


Tapetes de seguridad sensibles a la presión

Estos dispositivos son utilizados para proporcionar protección al área del suelo próxima a la máquina, tal como puede observarse en la Figura 44. Una matriz de tapetes interconectados se coloca alrededor del área peligrosa y la presión aplicada al tapete (por ej., una pisada del operador) ocasionará que la unidad de control del tapete desconecte la corriente eléctrica en la zona de peligro.

Hay un gran número de tecnologías que se utilizan para la creación de tapetes de seguridad. Una de las tecnologías más conocidas es utilizar dos placas de metal paralelas, tal como puede observarse en la Figura 45. Las placas son separadas por separadores. Las placas de metal y los separadores son encapsulados en un material no conductivo que tiene su superficie diseñada para evitar el deslizamiento.


Click to enlarge - Principles_Figure 17 (Mats)
 
Figura 44: Tapetes de seguridad alrededor de un robot

Click to enlarge - Fig 4.26 Safety Mat Interfacing
 
Figura 45: Interface del tapete de seguridad

Para asegurar que el tapete de seguridad esté disponible para su uso, se pasa una corriente eléctrica a través de ambas placas. Si ocurre un fallo en el cableado de circuito abierto, el sistema de seguridad se apagará. Para ubicar las placas paralelas dentro del sistema de seguridad, se pueden utilizar dos o cuatro conductores. Si se utilizan dos conductores, entonces se utilizará una resistencia de terminación para diferenciar las dos placas. La estrategia más conocida es utilizar cuatro conductores. Dos conductores son asignados a un canal, conectados a la placa superior. Dos conectores son asignados a un segundo canal, conectados a la placa inferior. Cuando una persona pisa el tapete, las dos placas crean un cortocircuito desde el Canal 1 hacia el Canal 2. El dispositivo lógico de seguridad debe ser diseñado para que pueda soportar este cortocircuito. La Figura 46 muestra un ejemplo de como, tapetes de 4 cables son conectados en series para garantizar que los tapetes de seguridad estén disponibles para su uso.

Click to enlarge - Fig 4.25 Mat construction
 
Figura 46: Construcción típica de un tapete de seguridad

Los tapetes sensibles a la presión son usualmente utilizados dentro de un área cerrada la cual contiene varias máquinas – fabricación flexible o celdas robóticas, por ejemplo. Cuando se requiere un acceso a la celda (para configuración o para enseñanza de "robot," por ejemplo), estos evitan movimientos peligrosos si un operador pasa desde el área segura, o debe meterse detrás de una pieza del equipo, como puede verse en la Figura 47.

El tamaño y posicionamiento del tapete deben tener en cuenta la distancia de seguridad (ver Cálculo de distancia de seguridad).


Click to enlarge - Principles_Figure 81 (Mat)
 
Figura 47: Los tapetes de seguridad detectan la presencia del operador detrás del equipo

Bordes sensibles a la presión

Estos dispositivos son tiras flexibles que pueden montarse al borde de una parte móvil, tal como una mesa de máquina o puerta eléctrica la cual constituye un riesgo de trituración o corte, tal como puede observarse en la Figura 48.

Si la parte móvil golpea al operador (o viceversa), el borde sensible flexible se oprime y desactivará la fuente de energía de la parte peligrosa. Los bordes sensibles también pueden utilizarse para proteger la maquinaria donde existe riesgo de que el operador se enganche. Si la máquina atrapa a un operador, el contacto con el borde sensible desactivará la alimentación eléctrica de la máquina.

Hay un gran número de tecnologías que se utilizan para la creación de bordes de seguridad. Una tecnología conocida es la de insertar un largo interruptor dentro del borde. Este enfoque proporciona bordes rectos y generalmente utiliza la técnica de conexión de cuatro cables.


Click to enlarge - Fig 4.28 Safedge on Table
 
Figura 48: Borde de la mesa y de la puerta eléctrica de la máquina

El Guardmaster Safedge de Allen-Bradley utiliza caucho conductor, con dos cables a lo largo del borde (Figura 49). Al final del borde, se utiliza una resistencia de terminación para completar el circuito. Si se hunde el caucho la resistencia del circuito se reduce.

Click to enlarge - Fig 4.29  Safedge activation
 
Figura 49: Borde de seguridad de caucho conductor

Como debe detectarse un cambio en la resistencia, el relé de seguridad para monitoreo debe estar diseñando para detectar dicho cambio. En la Figura 50 se puede observar un cableado de ejemplo de este diseño de dos cables con una resistencia de terminación. Una ventaja de la tecnología con caucho conductor es que proporciona esquinas activas.

Click to enlarge - Fig 4.30 Safedge with Controller
 
Figura 50: Circuito de borde de seguridad de caucho conductor

Las cortinas de luz, escáneres, tapetes de seguridad y bordes sensibles son clasificados como "Dispositivos de disparo." No restringen el acceso, sólo "lo" detectan. Se basan totalmente en su capacidad de detección y conmutación para proporcionar seguridad. En general son solo adecuados para maquinaria que se detienen razonablemente rápido después que se desconecta la alimentación eléctrica. Debido a que el operador puede caminar o entrar directamente al área peligrosa, obviamente es necesario que el tiempo requerido para que el movimiento se detenga sea menor que el tiempo requerido para que el operador entre en contacto luego de disparar el dispositivo.

Interruptores de seguridad

Cuando el acceso a la máquina es infrecuente, es preferible utilizar guardas móviles (operables). La guarda se enclava con la fuente de alimentación eléctrica de manera tal que asegura que en el momento en que la puerta eléctrica no esté cerrada la corriente eléctrica de la pieza peligrosa estará desactivada. Esta estrategia incluye el uso de un interruptor de enclavamiento fijado en la puerta de la guarda. El control de la fuente de energía del peligro es encaminado a través de la sección de conmutación de la unidad. La fuente de energía es generalmente eléctrica pero también puede ser neumática o hidráulica. Cuando se detecta movimiento (apertura) de la puerta de la guarda, el interruptor de enclavamiento iniciará un comando para aislar la fuente de energía del peligro ya sea directamente o por medio de un contactor de alimentación eléctrica (o válvula).

Algunos interruptores de enclavamiento también incorporan un dispositivo de bloqueo que bloquea la puerta de la guarda en posición cerrada y no permite que se abra hasta que la máquina esté en una condición segura. Para la mayoría de aplicaciones la combinación de una guarda movible y un interruptor de enclavamiento con o sin bloqueo de la guarda es la solución más confiable y económica.


Interruptores de enclavamiento con lengüeta

Los enclavamientos operados con lengüeta requieren un accionador con forma de lengüeta que se inserta y se retira del interruptor. Cuando se inserta la lengüeta, los contactos de seguridad internos se cierran y permiten que la máquina funcione. Cuando se retira la lengüeta, los contactos de seguridad internos se abren y envían un comando de paro a las partes relacionadas con la seguridad del sistema de control. Los enclavamientos operados con lengüeta son versátiles ya que pueden utilizarse en guardas deslizables, abisagradas o extraíbles tal como puede observarse en la Figura 51.


Click to enlarge - Principles_Figure 59 (TOA)
 
Figura 51: Enclavamientos de lengüeta en guardas deslizables, abisagradas o extraíbles

Algunos de los últimos estándares de seguridad funcional se focalizan en la necesidad de obtener una tolerancia a fallos total como parte de los requisitos para el dispositivo que se esté utilizando para altos niveles de riesgo (por ej., SIL 3 o PLe). Porque, en teoría, los interruptores que operan con lengüetas mecánicas tienen puntos únicos de fallo (por ej., accionador de lengüeta) aun cuando tengan dos canales eléctricos de conmutación. Esto significa que los interruptores sin contacto pueden ser preferibles en estos casos porque generalmente no tienen los puntos únicos de fallo mecánico.

Los enclavamientos de lengüeta tienen tres características básicas que les permiten tener una clasificación segura: capacidad de neutralización, aislamiento galvánico, rechazo, y acción de apertura directa.


Capacidad de neutralización

La seguridad de un interruptor de enclavamiento depende de la habilidad de resistencia a los intentos "de burlar" o cambiar el mecanismo. Se debe designar un interruptor de enclavamiento para que no pueda ser cambiado con el simple uso de herramientas o materiales que pueden estar fácilmente disponibles (destornilladores, monedas, cinta, o cable).


Click to enlarge - Fig 4.32 Defeatabilityof actuator
 
Figura 52: Accionadores con forma de lengüeta con características dimensionales para ayudar a prevenir la neutralización

Esto se logra dándole una forma especial al accionador, tal como se muestra en la Figura 52. Cuando se requiere mantenimiento en la máquina, los enclavamientos puede que tengan que ser eludidos. Si esto es así, se deben proporcionar otros métodos de protección. El acceso a los accionadores de repuesto debe ser controlado por medio de procedimientos administrativos de funcionamiento. Algunos accionadores, como el que aparece a la izquierda en la Figura 52, tienen un resorte que evita que la lengüeta entre completamente y opere el interruptor de enclavamiento a menos que esté fijado correctamente a la guarda.

En algunas circunstancias el personal se verá tentado a anular el interruptor de alguna manera. La información con respecto al uso de la máquina, recolectada en la etapa de evaluación de riesgos, ayudará a decidir si esto es más o menos probable que suceda. Mientras más probabilidad haya de que suceda, más difícil debe ser anular en interruptor o el sistema. El nivel de riesgo calculado también debe considerarse como un factor en esta etapa. Los interruptores están disponibles con varios niveles de seguridad que van desde resistencia a manipulación impulsiva hasta ser virtualmente imposible de cambiar.

Debe tenerse en cuenta en esta etapa que si se requiere un alto grado de seguridad a veces es más práctico lograr esto por la manera de instalación.


Por ejemplo, si el interruptor es montado como puede verse en la Figura 53 con un carril recubierto, no habrá acceso al interruptor con la puerta de la guarda abierta. La naturaleza de cualquier "medida" para evitar la neutralización realizada en el momento de instalación dependerá del principio de operación del interruptor.

Click to enlarge - Fig 4.33 Hidden Switch and Actuator
 
Figura 53: Interruptor y accionador ocultos

La acción de apertura directa

ISO 12100-2 explica que si un componente mecánico móvil inevitablemente mueve otro componente junto con él, ya sea por contacto directo o por medio de elementos rígidos, podemos decir que estos componentes están conectados en modo positivo. IEC 60947-5-1 utiliza el término Acción de apertura directa y lo define como logro de separación de contactos como resultado directo de un movimiento específico del accionador del interruptor a través de miembros no flexibles (por ejemplo que no dependen de los resortes). Este estándar proporciona un conjunto de pruebas que pueden utilizarse para verificar la acción de apertura directa. Los productos que cumplen con los requisitos de acción de apertura directa muestran el símbolo que aparece en la Figura 54 en sus envolventes.


Click to enlarge - Fig 4.34 Direct Opening Symbol
 
Figura 54: Símbolo de acción de apertura directa

La Figura 55 muestra un ejemplo de operación positiva con desconexión forzada de los contactos. Los contactos se consideran normalmente cerrados (N.C) cuando el accionador es insertado dentro del interruptor (es decir, guarda cerrada). Esto cierra un circuito eléctrico y permite que la corriente fluya a través del circuito cuando la máquina puede funcionar. El enfoque de circuito cerrado permite la detección de un cable roto que podría iniciar la función de paro. Estos interruptores están típicamente diseñados con contactos de doble apertura. Cuando se abre la guarda, se extrae la lengüeta de la cabeza móvil y hace girar una leva interna. La leva impulsa al pistón que obliga al separador a abrir ambos contactos, abriendo contactos potencialmente soldados.

Click to enlarge - Fig 4.35 Double Break DOA
 
Figura 55: Doble apertura con acción apertura directa

Click to enlarge - Fig 4.36 Daisy Chain 2NC Interlocks
 
Figura 56: Desconexión en cadena de 2 enclavamientos N.C múltiples

La mayoría de los enclavamientos con lengüeta también tienen un conjunto de contactos normalmente abiertos (N.O). Estos contactos típicamente se cierran por la fuerza del resorte de retorno. Si el resorte se abre, no se podrá llevar a cabo un contacto apropiado con un nivel lo suficientemente alto de confiabilidad. Por lo tanto, son normalmente utilizados para señalizar al sistema de control de la máquina que la guarda está abierta.

Los contactos de resorte de retorno normalmente abiertos pueden ser utilizados como un canal secundario en un sistema de seguridad. Este enfoque proporciona diversidad al sistema de seguridad para ayudar a evitar fallos por causa común. El relé de seguridad de monitoreo o el PLC de seguridad debe estar diseñado para aceptar este enfoque diverso de contactos N.A. + N.C.


Click to enlarge - Fig 4.36 Daisy Chain 2NC Interlocks
 
Figura 56: Desconexión en cadena de dos enclavamientos N.C múltiples

Click to enlarge - Fig 4.37 Daisy Chain NC and NO
 
Figura 57: Enclavamientos múltiples con contactos N.C. y N.A

Una ventaja de utilizar dos contactos N.C. con enclavamientos es la reducción de cableado cuando se deben monitorear múltiples compuertas. La Figura 56 muestra como las compuertas múltiples pueden ser conectadas en cadena. Esto puede ser práctico para un número pequeño de compuertas, pero se vuelve más difícil la resolución de problemas cuando muchas compuertas están conectadas en serie.

Donde la evaluación de riesgos considere necesario el uso de diversos contactos, los contactos N.C. están conectados en serie y los contactos N.A. están conectados en paralelo. La Figura 57 muestra un esquema básico de este enfoque cuando múltiples enclavamientos son monitoreados por un solo relé de seguridad de monitoreo. Los contactos N.A. en el circuito de canal 2 están conectados en paralelo.


Duplicación (también referida como redundancia)

Si los componentes que no son inherentemente seguros se utilizan en el diseño, y son críticos a la función de seguridad, entonces se debe proporcionar un nivel de seguridad aceptable por medio de la duplicación de esos componentes o sistemas. En caso de fallo de uno de los componentes, el otro puede continuar realizando la función. Normalmente es necesario proveer monitoreo para detectar el primer fallo para que, por ejemplo, un sistema de doble canal no se degrade a un canal individual sin que nadie lo note. También se le debe prestar atención al tema de fallos por causa común.

Se debe proporcionar protección en caso de fallo, lo cual ocasionara que todos los componentes duplicados (o canales) fallen al mismo tiempo. Las medidas adecuadas incluyen utilizar diversas tecnologías para cada canal o asegurar un modo de fallo orientado.


Aislamiento galvánico

La Figura 58 muestra bloques de contacto con dos conjuntos de contactos. Una barrera de aislamiento galvánico es necesaria si es posible para los contactos tocarse entre sí espalda con espalda en caso de contacto con soladura o pegamento.


Click to enlarge - Fig 4.38 Galvanic Isolation
 
Figura 58: Aislamiento galvánico de los contactos

Paros mecánicos

Los interruptores de enclavamiento no están diseñados para soportar el paro de una compuerta. El diseñador de la máquina debe proporcionar un paro adecuado al mismo tiempo que proveer un recorrido suficiente para que el accionador se inserte completamente dentro del interruptor (Figura 59).


Click to enlarge - Fig 4.39 Mechanical Stops
 
Figura 59: Paros mecánicos

La lengüeta montada en la guarda necesita mantenerse razonablemente bien alineada con el orificio de entrada en el cuerpo del interruptor. Con el paso del tiempo, las bisagras se pueden desgastar y las guardas pueden doblarse o torcerse. Esto puede afectar desfavorablemente la alineación del accionador y el cabezal. EL diseñador de la máquina debe considerar interfaces de cuerpos de metal y accionadores flexibles, tal como se muestra en la Figura 60.

Click to enlarge - Fig 4.40 Metal Interface with Flex
 
Figura 60: Interface de metal con accionador flexible

La operación de contacto afecta el rendimiento del interruptor en el sistema de control/seguridad y el diseñador de la máquina debe considerarlo. Este rendimiento es solo importante cuando los dos contactos N.C. son utilizados por el sistema de seguridad y los contactos N.A. son utilizados para indicar el estado de la guarda con el PLC.

La operación de contacto puede ser de acción lenta o de acción instantánea. En la operación de acción lenta, existen dos tipos. Apertura antes del cierre (BBM) describe la operación en la cual los contactos N.C. se abren antes de que los contactos N.A. se cierren. Cierre antes de apertura (MBB) describe la operación en la cual los contactos normalmente cerrados se abren después de que los contactos normalmente abiertos se cierran.



Click to enlarge - Fig 4.41 MBB BBM Conflicts
 
Figura 61: Contactos MBB y BBM —Mensajes de conflicto

Debido al desgaste, daño, u otros cambios en la protección a lo largo del tiempo, se puede aplicar presión a la puerta forzándola a abrirse levemente. Si la puerta se mueve entre el punto donde ocurre el cambio, el sistema de seguridad y el sistema de control de la máquina recibirán mensajes de conflicto, tal como se muestra en la Figura 61.

Las correcciones para esto incluyen asegurar la puerta cerrada o utilizar contactos de acción instantánea. La elección del enclavamiento de lengüeta apropiado incluye muchas consideraciones: cuerpo de plástico o metal, número de contactos, operación de contacto, tamaño de guarda, alineación de la guarda, movimiento de la guarda, espacio disponible y proyecciones de agua. Los interruptores con accionamiento de lengüeta pueden ser difíciles de limpiar a fondo. Por esto, las industrias de alimentos/bebidas y farmacéuticas generalmente prefieren enclavamientos sin contacto.


Interruptores de bloqueo de guarda

En algunas aplicaciones, es necesario bloquear las guardas cerradas o retardar la apertura de la guarda. Los dispositivos adecuados para este requisito se llaman interruptores de enclavamiento de guarda. Ellos son aplicados a las máquinas con características de desaseleración pero también pueden proveer un incremento significativo de nivel de protección para la mayoría de los tipos de máquina.

Para la mayoría de tipos de interruptores con enclavamiento y bloqueo de guarda, la acción de desbloqueo es condicional al recibo de algún tipo de señales eléctricas, por ejemplo un voltaje eléctrico para energizar un solenoide de liberación de bloqueo. Este principio de desbloqueo condicional hace que el interruptor de bloqueo de guarda accionado por solenoide sea un dispositivo útil y adaptable. Mientras que con la mayoría de los dispositivos la función de seguridad se logra deteniendo la máquina, los interruptores de bloqueo de guarda también evitan el acceso a la máquina y el reinicio de la misma cuando el bloqueo es liberado. Debido a esto, estos dispositivos pueden realizar dos funciones de seguridad separadas pero interrelacionadas: prevención de acceso y prevención de movimiento peligroso. Esto significa que estos interruptores son fundamentalmente importantes en el campo de la seguridad de la maquinaria. El siguiente texto describe algunas razones basadas en aplicaciones típicas y por qué son comúnmente utilizados los interruptores con enclavamiento y bloqueo de guarda:


Protección de la máquina y de las personas: En muchas situaciones se pueden producir daños de herramienta o pieza de trabajo o puede ocurrir una interrupción significativa del proceso si la máquina se detiene repentinamente en el punto erróneo en su secuencia de operación. Un ejemplo típico de esto podría ser la apertura de una puerta de guarda con enclavamiento de una máquina herramienta automatizada en medio ciclo. Esta situación se puede evitar si se utiliza un interruptor de bloqueo de guarda accionado por solenoide. Si es necesario el acceso a través de la puerta de la guarda se envía una señal de solicitud de liberación de bloqueo al controlador de la máquina, quien luego esperará un paro de secuencia antes de enviar la señal de liberación al interruptor de enclavamiento de la guarda.

Click to enlarge - Fig 4.42 Guardlocking
 
Figura 62: Esquema de interruptor de enclavamiento de guarda de solenoide básico simplificado

La Figura 62 muestra una visión esquemática muy simplificada del principio. En la práctica, las funciones de inicio, paro y desbloqueo de los interruptores de empuje que se muestran podrían ser logrados por medio de las entradas y salidas del PLC de la máquina. El PLC aceptaría una entrada de solicitud de liberación de bloqueo en cualquier momento en el ciclo de la máquina pero solo podría accionar un comando de liberación al final de ese ciclo. El comando de liberación podría ser equivalente a presionar los interruptores de empuje de liberación de bloqueo y paro.

Cuando el bloqueo es liberado y la puerta de la guarda se abre, los contactos de los interruptores se abren causando el aislamiento de la alimentación eléctrica al peligro.

Este tipo de enfoque puede ser desarrollado más aun utilizando un interruptor operado por llave o botón cuando se solicite la liberación del bloqueo. De esta manera es posible controlar no solo cuándo puede abrirse la guarda sino quién puede abrirla.


Click to enlarge - Fig 4.43 Timed Guardlocking
 
Figura 63: Esquema de retardo temporizado de interruptor de bloqueo de guarda con solenoide controlado

Protección contra la desaceleración de la máquina: En muchas máquinas, la desconexión de la corriente eléctrica del motor o del accionador no necesariamente ocasionará un paro confiable e inmediato del movimiento peligroso. Esta situación puede resolverse utilizando un interruptor de bloqueo de guarda accionado por solenoide con su liberación supeditada a la implementación de alguna forma de retardo que asegure que todos los movimientos peligrosos se han detenido antes de que el bloqueo sea liberado.

Retardo temporizado: El método más simple es utilizar una función de tiempo de retardo configurada para que el interruptor no libere la guarda hasta que el contactor este APAGADO y después de que haya transcurrido un intervalo de tiempo preseleccionado. Esto se puede observar en la Figura 63. Un PLC de seguridad o un controlador dedicado puede proporcionar la función de retardo temporizado. Es importante que sea clasificado como seguro porque el fallo que cause un retardo temporizado más corto que el especificado podría resultar en exposición a piezas movibles.

El intervalo de retardo temporizado debe ser fijado al menos en el peor de los casos de tiempo de paro de la máquina. Este tiempo de paro debe ser predecible, confiable y no dependiente de métodos de frenos que pueden degradarse con el uso.

Confirmación de la detención del movimiento: También es posible hacer que el bloqueo sea condicional a la confirmación de que el movimiento se ha detenido. Las ventajas con este enfoque son que aun si la máquina se toma más tiempo del esperado para detenerse el bloqueo no será liberado excesivamente temprano. Además proporciona mayor eficiencia que la del retardo temporizado porque el bloqueo es liberado tan pronto como se detiene el movimiento sin tener que esperar siempre por el tiempo de detención en el peor de los casos. Un ejemplo de este enfoque puede observarse en la Figura 64.


Click to enlarge - Fig 4.44 Guardlocking Stopped Motion
 
Figura 64: Esquema simplificado de interruptor de bloqueo de guarda accionado por solenoide de movimiento controlado detenido

Esta función de monitoreo de movimiento detenido debe estar clasificada como segura y se logra usualmente por medio de uno de los siguientes métodos:

Sensores de proximidad o encoders de eje combinados con un controlador especifico o PLC de seguridad.

Detección de EMF posterior utilizando una unidad de control dedicada.

Generaciones futuras de variadores de velocidad variable y sistemas de control de movimiento también proveerán esta funcionalidad clasificada dentro de las de seguridad.

Seguridad de baja velocidad: Para algunos tipos de maquinaria puede ser necesario acceder a algunas partes movibles para realizar ciertas tareas tales como mantenimiento, posicionamiento, alimentación o roscado. Este tipo de actividad solo se considera si se puede proveer seguridad adecuada por medio de otras medidas. Típicamente estas otras medidas tomarán la forma de al menos ambas de las siguientes:

a) Solo se permite el acceso bajo condiciones de seguridad de baja velocidad

b) Cualquier persona que tenga acceso a las partes movibles debe tener control local personal para detener, o evitar el arranque, o el movimiento. El control local debe anular cualquier otra señal de control.


Esto debe ser tomado como mínimo. Si es aceptable o no dependerá de la evaluación de riesgos y estándares y regulaciones de seguridad. Sin embargo donde sea aceptable, este tipo de funcionalidad de seguridad es a menudo implementado utilizando un interruptor de enclavamiento de guarda accionado por solenoide en combinación con una unidad de monitoreo de baja velocidad y un dispositivo de habilitación de tres posiciones.

La unidad de monitoreo de baja velocidad revisa constantemente la velocidad de las partes movibles a través de sensores de entrada y solo permitirá el envío de la señal de liberación de bloqueo cuando la velocidad no sea mayor a su valor de umbral predefinido. Luego de que se haya liberado el bloqueo, la unidad de baja velocidad seguirá monitoreando la velocidad. Si su umbral predefinido es excedido mientras se permite el acceso, la alimentación eléctrica del motor se cortará de manera inmediata. Además la seguridad de baja velocidad solo podrá continuar mientras se mantenga el interruptor de habilitación en la posición media (ver Figura 70 para mayor información). Es claro que el interruptor de enclavamiento de guarda, la unidad de seguridad de baja velocidad y el dispositivo de habilitación deben estar conectados a alguna forma de solucionador lógico clasificado como seguro para poder implementar la funcionalidad requerida para la seguridad y la producción. En su forma más simple esto puede simplemente ser la forma en la cual estas unidades están cableadas juntas, típicamente conmutadas con un interruptor de modo manual. Este interruptor funciona normalmente para restringir el modo de acceso a la seguridad de baja velocidad a personas no autorizadas. Se puede obtener una mayor eficacia de operación y flexibilidad utilizando un dispositivo programable o que pueda ser configurado para la función de solución lógica. Esto puede ser desde un relé modular configurable hasta un PLC de seguridad.

Este tipo de funcionalidad de seguridad de baja velocidad es normalmente requerido para sistemas de maquinaria integrada complejos donde el equipo está dividido en diferentes zonas de operación cada una con un modo de operación diferente e interdependiente. En estos tipos de aplicaciones un PLC de seguridad o una unidad de control dedicada configurable, tal como el MSR57, es normalmente una solución más adecuada que los relés individuales y las unidades de control.

La mayoría de los interruptores de enclavamiento de guarda son adaptaciones de enclavamientos con lengüeta. Se agrega un solenoide al enclavamiento. El solenoide bloquea el accionador en el lugar. Existen dos tipos de bloqueos solenoides:


  1. Bloqueo eléctrico
  2. Bloqueo eléctrico

Los dispositivos de alimentación eléctrica para desbloquear requieren alimentación eléctrica al solenoide para desbloquear el accionador. Siempre que se aplique alimentación eléctrica al solenoide, se podrá abrir la puerta. Con la alimentación eléctrica al accionador desconectada, la guarda se bloqueará apenas se cierre.

Durante el corte de energía, la compuerta permanecerá cerrada y bloqueada. Si el dispositivo de enclavamiento de guarda se utiliza en aplicaciones donde se requiere acceso de cuerpo completo, se deberá proporcionar un método de escape en caso de que alguien quede encerrado en el área peligrosa. Esto se logra con una palanca giratoria, un botón pulsador, o métodos mecánicos, como puede observarse en la Figura 65.


Click to enlarge - Fig 4.45 Escape Methods
 
Figura 65: Métodos de escape para bloqueo de guarda

El bloqueo eléctrico requiere alimentación eléctrica en el solenoide para poder bloquear la guarda. Una evaluación de riesgos debe considerar las situaciones peligrosas que pueden surgir si se corta la energía y la compuerta se desbloquea mientras la máquina está en funcionamiento.

Un aspecto importante al momento de seleccionar los interruptores de bloqueo de guarda es la fuerza de retención. ¿Cuanta fuerza se necesita para mantener una guarda bloqueada? Cuando la puerta se abre manualmente, la fuerza de retención puede ser mínima. Dependiendo de donde esté instalado el interruptor de bloqueo de guarda, el uso de la palanca puede necesitar fuerzas de retención mayores. Puertas motorizadas podrían requerir fuerzas de retención mayores.


Click to enlarge - Fig 4.46 Inline and Offset Solenoid
 
Figura 66: Solenoide de offset y en línea

Otro aspecto importante para la selección del proceso incluye la relación del solenoide y del accionador. Existen dos relaciones: en línea y offset, como puede observarse en la Figura 66. El solenoide está en el mismo eje que los contactos del accionador o el solenoide está desplazado de los contactos del accionador. La configuración de offset proporciona contactos separados que proveen el estado del solenoide.

La configuración en línea no proporciona contactos separados para el solenoide. La configuración en línea es un poco más fácil de aplicar. La configuración en línea proporciona mayor información cuando el interruptor esta en funcionamiento. Con la configuración de offset, el diseñador de la máquina debe asegurarse de que el estado del solenoide sea monitoreado por el sistema de seguridad. La elección de cualquiera de las configuraciones se basa en la preferencia del usuario.

Un segundo tipo de dispositivo de bloqueo de guarda se opera manualmente y la guarda puede ser abierta en cualquier momento. Una manija o perilla que se utiliza para liberar el bloqueo de guarda también puede abrir los contactos del circuito de control.


En un dispositivo tal como un interruptor de perno se impone un retardo temporizado. El perno que bloquea la guarda en el lugar, hace funcionar los contactos y se extrae girando la perilla de funcionamiento. Los primeros giros abren los contactos pero el perno de bloqueo no se retrae completamente hasta se gira la perilla una mayor cantidad de veces (lo cual toma hasta 20 segundos). Estos dispositivos son simples de aplicar y son extremadamente resistentes y confiables. El perno de tiempo de retardo es adecuado principalmente para guardas deslizables.

El tiempo de paro del peligro debe ser predecible y no se debe poder extraer el perno antes de que el peligro haya cesado. Solo se debe poder prolongar el perno en su posición de bloqueo cuando la guarda está completamente cerrada. Esto significa que será necesario añadir paros para restringir el recorrido de la puerta de la guarda, como se observa en la Figura 67.


Click to enlarge - Fig 4.47 Sliding Bolt
 
Figura 67: Enclavamiento de perno deslizable

Interruptores de enclavamiento sin contacto

Algunos de los últimos estándares de seguridad funcional se focalizan en la necesidad de obtener una tolerancia a fallos total como parte de los requisitos para el dispositivo que se esté utilizando para altos niveles de riesgo (por ej., SIL 3 o PLe). Porque, en teoría, los interruptores accionados mecánicamente tienen puntos únicos de fallo (por ej., el accionador con lengüeta) a pesar de que tienen dos canales de conmutación eléctricos. Esto significa que los interruptores sin contacto de doble canal pueden ser preferibles en estos casos porque generalmente no tienen puntos únicos de fallo mecánico.

Para enclavamientos sin contacto, no existe contacto físico (bajo condiciones normales) entre el interruptor y el accionador. Por lo tanto, no se puede utilizar un modo de operación positivo como manera de asegurar la conmutación, y necesitamos utilizar otros métodos para lograr un rendimiento equivalente.


Redundancia

Tal como se describe en la sección acerca de los interruptores de enclavamiento con lengüeta, se puede proporcionar un alto nivel de seguridad por medio de dispositivos sin contacto diseñados con duplicación de componentes (o redundancia). En caso de fallo de uno de los componentes hay otro listo para realizar la función de seguridad y también una función de monitoreo para detectar ese primer fallo. En algunos casos puede ser una ventaja diseñar dispositivos con componentes que tienen la misma función pero diferentes mecanismos de fallo. Esto se conoce como redundancia diversa. Un ejemplo típico es el uso de un contacto N.A. y un contacto N.C.


Modo orientado a fallo

Con dispositivos simples podemos utilizar componentes con un modo orientado a fallo tal como se explica en ISO 12100-2. Esto significa utilizar componentes en los cuales el modo de fallo predominante se conoce de antemano y es siempre el mismo. El dispositivo está diseñado para que cualquier cosa que probablemente cause un fallo también ocasione que el dispositivo se apague.

Un ejemplo de dispositivo que utiliza esta técnica es un interruptor de enclavamiento sin contacto accionado magnéticamente. Los contactos son conectados con un dispositivo interno de protección contra sobrecorriente sin restablecimiento. Cualquier situación de sobrecorriente en el circuito que se conmuta ocasionará que se abra un circuito en el dispositivo de protección que está diseñado para operar a una corriente muy por debajo de la cual podrían peligrar los contactos relacionados a la seguridad.


Debido al uso de componentes especiales, el fallo de seguridad crítico que probablemente ocurrirá será una soldadura de los contactos de láminas flexibles debido a la corriente en exceso aplicada al interruptor como se ilustra en la Figura 68. Esto se puede evitar con el dispositivo de protección contra sobrecorriente sin restablecimiento. Existe un amplio margen de seguridad entre la clasificación de este dispositivo y los contactos de láminas. Debido a que es sin restablecimiento, el interruptor se puede proteger por medio de un fusible externo clasificado como adecuado. Los enclavamientos Guardmaster Ferrogard de Allen-Bradley utilizan esta técnica.

Click to enlarge - Fig 4.48 Simple Magnetic Interlock
 
Figura 68: Enclavamiento simple sin contacto operado magnéticamente

Los dispositivos sin contactos están diseñados con envolventes suaves y son completamente sellados, haciendo que sean ideales para aplicaciones de alimentos y bebidas ya que no tienen trampas de suciedad y pueden limpiarse a presión. Son extremadamente fáciles de aplicar y tienen una tolerancia de operación considerable para que puedan aceptar algún desgaste de la guarda y aun así seguir funcionando correctamente.

Una consideración importante cuando se aplican los interruptores sin contacto es su rango de detección y tolerancia al desalineamiento. Cada línea de productos tiene una curva de funcionamiento que muestra el rango de detección y tolerancia al desalineamiento, como puede verse en la Figura 69.


Click to enlarge - Fig 4.47 Noncontact Operating Curve
 
Figura 69: Curva de funcionamiento sin contactos

Otra consideración importante para aplicar interruptores sin contactos es la dirección de aproximación del accionador, como puede observarse en la Figura 70. Las técnicas de codificación determinan que aproximaciones son aceptables.

Click to enlarge - Fig 4.48 Approach
 
Figura 70: La aproximación del accionador afecta el rendimiento

Capacidad de neutralización—Interruptores de enclavamiento sin contacto

Es importante que el interruptor solo sea operado por el accionador indicado. Esto significa que los dispositivos de proximidad comunes que detectan metal ferroso no son apropiados. El interruptor debe ser operado por un "accionador" activo.

Cuando la protección contra la neutralización con herramientas simples (destornilladores, plegadoras, cables, monedas, o un imán simple) sea necesaria de acuerdo a la evaluación de riesgos, los tipos de accionamiento no codificados deben ser instalados para evitar el acceso mientras la guarda esta abierta. En la Figura 71 se puede observar un ejemplo de esto. Estos también deben instalarse donde no estén sujeto a interferencias extrañas causadas por campos magnéticos/eléctricos.


Click to enlarge - Fig 4.49 Sliding Guard Hides Interlock
 
Figura 71: Las guardas deslizables protegen el acceso a los sensores

Se puede lograr mayor seguridad contra los cambios, utilizando un accionador y sensor codificado. Para los dispositivos codificados y accionados magnéticamente el accionador incorpora imanes múltiples configurados para crear campos magnéticos específicos múltiples. El sensor tiene interruptores de láminas múltiples configurados para funcionar sólo con los campos magnéticos específicos del accionador. La codificación única generalmente no es factible utilizando técnicas de codificación magnética. Codificación única, donde un accionador individual es “ajustado” a un sensor individual.

Los interruptores de láminas utilizados con interruptores codificados magnéticamente son usualmente pequeños. Para evitar el riesgo de contactos soldados ,algunos interruptores utilizan un contacto N.A. y un contacto N.C. como salidas. Esto se basa en la premisa de que uno no puede soldar un contacto abierto. El dispositivo lógico o la unidad de control debe ser compatible con la configuración de circuitos N.C. + N.A. y también debe proporcionar protección contra sobrecorriente. Los enclavamientos Guardmaster Sipha de Allen-Bradley utilizan la técnica de codificación magnética.


Interruptores de enclavamiento sin contacto de identificación mediante radiofrecuencia

Interruptores de enclavamiento sin contacto basados en la tecnología de identificación mediante radiofrecuencia pueden proporcionar un muy alto nivel de seguridad contra los cambios con herramientas “simples”. Esta tecnología también puede utilizarse para proporcionar dispositivos con codificación única para aplicaciones donde la seguridad es lo más importante.

El uso de la técnica de identificación mediante radiofrecuencia tiene muchas otras ventajas importantes. Es adecuada para el uso con arquitecturas de circuito de alta integridad tales como Categoría 4 o SIL 3.

Puede ser incorporada dentro de dispositivos con envolventes IP69K completamente sellados fabricados con plástico o acero inoxidable.

Cuando la tecnología de identificación mediante radiofrecuencia se utiliza para la codificación, y tecnología inductiva para detección, se puede lograr una amplio rango de detección y tolerancia al desalineamiento, normalmente 15…25 mm. Esto significa que estos dispositivos pueden proporcionar un servicio estable y confiable combinado con altos niveles de integridad y seguridad en un amplio rango de aplicaciones industriales de seguridad.

Los interruptores de enclavamiento Guardmaster SensaGuard de Allen-Bradley utilizan la técnica de identificación mediante radiofrecuencia.


Interruptores con bisagra

El dispositivo se monta sobre un perno giratorio en la bisagra de la guarda tal como puede observarse en la Figura 72. La apertura de la guarda se transmite por medio de un mecanismo funcionamiento de modo positivo hacia los contactos del circuito de control.

Click to enlarge - Fig 4.52 Hinge Interlock
 
Figura 72: Instalación del interruptor con bisagra

Cuando están bien colocados, estos tipos de interruptores son ideales para la mayoría de las puertas de guarda con bisagra donde hay un acceso a la línea del centro de la bisagra. Pueden aislar el circuito de control dentro de 3° del movimiento de la guarda y son virtualmente imposibles de neutralizar sin desmantelar la guarda.

Se debe tener especial cuidado ya que un movimiento de apertura de solo 3° puede resultar en un espacio significativo en el borde de apertura en puertas de enclavamiento muy amplias. También es importante asegurar que una guarda pesada no ejerza un peso excesivo en el eje del accionador del interruptor.


Enclavamientos (interruptor de final de carrera) de posición

El accionamiento operado por leva usualmente toma la forma de un interruptor de final de carrera (o de posición) de modo positivo y una leva giratoria o lineal (como puede observarse en la Figura 73). Es generalmente utilizado en guardas deslizables. Cuando se abre la guarda, la leva hace que el pistón baje para abrir los contactos del circuito de control. La simpleza del sistema permite que el interruptor sea pequeño y confiable.

Click to enlarge - Fig 4.53 Positive Mode Lim Sw
 
Figura 73: Interruptor de final de carrera positivo

Enclavamientos (límite) de posición no deben utilizarse en la cubierta removible o las bisagras de las guardas.

Es extremadamente importante que el pistón del interruptor solo pueda extenderse cuando la guarda esté completamente cerrada. Esto significa que puede ser necesario instalar paros adicionales para limitar los movimientos de la guarda en ambas direcciones.

Es necesario fabricar una leva adecuada perfilada que operará dentro de las tolerancias definidas. La leva montada en la guarda nunca se separa del interruptor ya que esto ocasionará que los contactos del interruptor se cierren. Este sistema puede ser propenso a fallos debido al desgaste, especialmente cuando existen levas perfiladas incorrectamente o cuando la presencia de materiales abrasivos es un factor.

Es a menudo aconsejable usar dos interruptores tal como se puede ver en la Figura 74. Uno opera en modo positivo (acción directa para abrir el contacto), y otro opera en modo negativo (retorno por muelle).


Click to enlarge - Fig 4.54 Diverse Redundant Switches
 
Figura 74: Interruptores de posición redundantes diversos

Enclavamiento con atrapamiento de llave

El atrapamiento de llave puede realizar enclavamiento de control así como también enclavamiento de energía. Con “enclavamiento de control,” un dispositivo de enclavamiento inicia un comando de paro hacia un dispositivo intermedio, que apaga el dispositivo subsiguiente para desconectar la energía del accionador. Con “enclavamiento eléctrico,” el comando de paro directamente interrumpe el suministro de energía a los accionadores de la máquina.

El método más práctico de enclavamiento eléctrico es un sistema con atrapamiento de llave (ver Figura 75). El interruptor de aislamiento de alimentación eléctrica funciona con una llave que es atrapada en posición mientras el interruptor está en la posición ACTIVADO. Cuando se gira la llave, los contactos del interruptor de aislamiento se bloquean en posición abierta (aislando la alimentación eléctrica) y se puede retirar la llave.


Click to enlarge - Fig 4.55 Trapped Key System
 
Figura 75: Enclavamiento eléctrico con sistema de atrapamiento de llave

La puerta de la guarda se bloquea en posición cerrada y la única forma de desbloquearla es utilizando la llave del aislador. Cuando se gira para desbloquear la unidad de bloqueo de guarda, la llave es atrapada en posición y no se la puede retirar hasta que la guarda esté cerrada y bloqueada nuevamente.

Por lo tanto es imposible abrir la guarda sin primero aislar la fuente de energía y también es imposible conectar la alimentación eléctrica sin cerrar y bloquear la guarda.

Este tipo de sistema es extremadamente confiable y tiene la ventaja de que no requiere un cableado eléctrico hasta la guarda. La mayor desventaja es que debido a que requiere la transferencia de la llave cada vez, no es adecuado si se necesita acceder a la guarda con frecuencia.

Cuando se requiera acceso de cuerpo completo, se recomienda el uso de una llave personal. Como puede observarse en la Figura 76, la llave “B” es la llave personal. El operador lleva la llave “B” dentro del área de peligro. El rango de atrapamiento de llave está disponible en versiones de llave, doble, triple y cuádruple para múltiples puntos de acceso. El uso de una llave personal asegura que el operador no quedará encerrado en el área protegida. También se puede llevar la llave a la celda y se la puede utilizar en otro interruptor para habilitar funciones como modos de aprendizaje robótico y de avance por impulsos de la máquina.


Click to enlarge - Fig 4.56 Full Body Trapped Key
 
Figura 76: Acceso de cuerpo completo—El operador lleva "la llave" B

En otro ejemplo ilustrado en la Figura 77, rotar y extraer la llave "A" del aislador de alimentación eléctrica. La alimentación eléctrica estará desactivada. Para obtener acceso a través de las puertas de la guarda, la llave "A" se inserta y se gira en la unidad de intercambio de llave. Luego ambas "llaves" B son liberadas para los bloqueos de guarda. La llave "A" queda atrapada evitando que se active la alimentación eléctrica. Dos "llaves" C son liberadas de los bloqueos de la puerta de la guarda para su uso en el siguiente paso de la secuencia o como llaves personales.

Click to enlarge - Fig 4.57 Multiple Doors are Accessible
 
Figura 77: Las puertas múltiples son accesibles

Las Figuras 78 muestran otro ejemplo de aplicaciones de enclavamiento con atrapamiento de llave utilizando ambas unidades de bloqueo de llave simples y dobles y llaves con diferentes códigos que junto con una unidad de intercambio de llave, pueden formar sistemas complejos. Además de asegurar que la alimentación eléctrica sea aislada antes de acceder, también es posible utilizar el sistema para aplicar una secuencia pre-definida de operación.

Click to enlarge - Fig 4.58 Trapped Key - Sequence on Cage
 
Figura 78: Secuencia de eventos definida

Debido a que toda la seguridad de este tipo de sistema depende de su funcionamiento mecánico, es importante que los principios y materiales utilizados sean adecuados a los requisitos de la aplicación.

Si un interruptor de aislamiento es parte del sistema, debería tener un modo de operación positivo y debería satisfacer los requisitos de las partes pertinentes de la norma IEC 60947.

La integridad y la protección del sistema seguridad gira en torno al hecho de que bajo ciertas condiciones las llaves son atrapadas en su posición, por lo tanto es necesario asegurar dos características básicas:

1. EL BLOQUEO SOLO PUEDE SER REALIZADO CON LA LLAVE DEDICADA.

Esto significa que no será posible "burlar" el bloqueo usando destornilladores, etc., ni cambiar el mecanismo mediante manipulación indebida de ninguna manera clara y sencilla. En los casos que haya más de un bloqueo en el mismo lugar, esto significa que la especificación de los códigos de llave deberá evitar cualquier posibilidad de una operación falsa.

2. NO ES POSIBLE OBTENER LA LLAVE DE NINGUNA OTRA MANERA QUE LA ESPECIFICADA.

Esto significa, por ejemplo, que una vez que la llave queda atrapada, cualquier fuerza excesiva aplicada sobre ésta resultará en la rotura de la llave y no en la rotura del bloqueo.


Interface operador-máquina

Función de paro

En los EE.UU, Canadá, Europa, y a nivel internacional, existe una armonización de las normas con respecto a las descripciones de las categorías de paro para máquinas o sistemas de fabricación.

NOTA: Estas categorías son diferentes a las categorías de N 954-1 (ISO 13849-1). Vea normas NFPA79 y IEC/EN60204-1 para mayores detalles. Las funciones de paro tienen tres categorías:



Estas categorías de paro deben aplicarse a cada función de paro, cuando la función de paro es la acción tomada por los dispositivos relacionados a la seguridad del sistema de control en respuesta a una señal de entrada, debería utilizarse la categoría 0 ó 1. Las funciones de paro deben anular las funciones de arranque asociadas. La selección de la categoría de paro de cada función de paro debe determinarse mediante una evaluación de riesgos.

Función de paro de emergencia

Esta función debe operar como paro de categoría 0 o categoría 1, según lo determinado por una evaluación de riesgos. Debe ser iniciada por una sola acción humana. Cuando se ejecuta, debe anular todas las otras funciones y modos de operación de la máquina. El objetivo es desconectar la alimentación eléctrica tan rápidamente como sea posible sin crear peligros adicionales.

Hasta hace poco, se requerían componentes electromecánicos cableados para circuitos de paro de emergencia. Los cambios recientes en normas tales como IEC 60204-1 y NFPA 79 significan que los PLC de seguridad y otras formas de lógica electrónica que cumplen con los requisitos de normas como IEC 61508, pueden usarse en el circuito de paro de emergencia.


Dispositivos de paro de emergencia

Siempre que exista el peligro de que un operador corra algún riesgo con una máquina, deben instalarse facilidades para un acceso rápido a un dispositivo de paro de emergencia. El dispositivo de paro de emergencia debe estar operativo de manera continua y brindar fácil acceso. Los paneles de operador deben tener por lo menos un dispositivo de paro de emergencia. Otros dispositivos de emergencia pueden utilizarse en otros lugares, según sea necesario. Los dispositivos de paro de emergencia vienen en diversos formatos. Algunos ejemplos más conocidos son los interruptores de botón pulsador y los interruptores accionados por cable. Cuando se acciona el dispositivo de paro de emergencia, éste se debe enclavar y no debe ser posible generar el comando de paro sin enclavarlo. El restablecimiento del dispositivo de paro de emergencia no debe causar una situación peligrosa. Se debe utilizar una acción separada y deliberada para reiniciar la máquina.

Para obtener más información sobre dispositivos de paro de emergencia, lea ISO/EN 13850, IEC 60947-5-5, NFPA 79 e IEC 60204-1, AS4024.1, Z432-94.


Botones de paro de emergencia

Los dispositivos de paro de emergencia se consideran equipo de protección complementaria. No se consideran dispositivos de protección primaria porque no evitan el acceso a un área peligrosa ni detectan el acceso a un área peligrosa.

La manera usual de proporcionar esto es mediante un botón pulsador tipo hongo de color rojo sobre fondo amarillo que el operador presiona en caso de una emergencia (ver Figura 79). Deben estar colocados estratégicamente en suficiente cantidad alrededor de la máquina para asegurar que siempre haya uno al alcance en un punto peligro.


Click to enlarge - Fig 4.59 E-Stop Button with Hand
 
Figura 79: Botón pulsador de paro de emergencia—Botón pulsador tipo hongo de color rojo sobre fondo amarillo

Los botones de paro de emergencia deben estar accesibles y disponibles en todos los modos de operación de la máquina. Cuando se use un botón pulsador como dispositivo de paro de emergencia, éste debe ser en forma de hongo (o de operación con la palma de la mano) y debe ser de color rojo con fondo amarillo. Cuando se oprima el botón, los contactos deben cambiar de estado a la vez que el botón se enclava en la posición de oprimido.

Una de las más recientes tecnologías que se aplican a los paros de emergencia es la técnica de auto-monitoreo. Se añade un contacto adicional en la parte posterior del paro de emergencia que monitorea si los componentes de la parte trasera del panel todavía están presentes. Esto se conoce como bloque de contactos automonitoreados. Consta de un contacto accionado por resorte que se cierra cuando el bloqueo de contactos se encaja en su lugar en el panel. La Figura 80 muestra el contacto de automonitoreo conectado en serie con uno de los contactos de seguridad de apertura directa.


Click to enlarge - Fig 4.60 Self monitoring contact blocks
 
Figura 80: Contactos automonitoreados en botones de paro de emergencia

Interruptores accionados por cable

Para maquinarias tales como transportadores, generalmente es más conveniente y eficaz usar un dispositivo accionado por cable a lo largo del área peligrosa (tal como puede observarse en la Figura 81) como dispositivo de paro de emergencia. Estos dispositivos usan una cuerda de acero conectada a los interruptores de accionamiento por cuerda de manera que al tirar de la cuerda en cualquier dirección y en cualquier punto a lo largo de su longitud se accionará el interruptor y se cortará la alimentación eléctrica de la máquina.


Click to enlarge - Fig 4.61 Cable Pull Switches
 
Figura 81: Interruptores accionados por cable

El interruptor accionado por cable debe detectar cuando se tira el cable como también cuando el cable tiene un huelgo. La detección de holgura asegura que no se corte el cable y que está listo para ser usado.

El recorrido del cable afecta el rendimiento del interruptor. Para distancias cortas, el interruptor de seguridad se monta en un extremo y un resorte de tensión se monta en el otro. Para distancias mayores debe montarse un interruptor de seguridad en ambos extremos del cable para asegurar que una acción única por parte del operador inicie un comando de paro.

La fuerza de tiro del cable requerida no debe exceder de 200 N (45 lbs) ni una distancia de 400 mm (15.75 pulg.) en una posición centrada entre dos soportes de cable.


Controles con las dos manos

El uso de los controles con las dos manos es un método común de evitar el acceso mientras una máquina está en una condición peligrosa. Dos controles deben operarse concurrentemente (a 0.5 s uno de otro) para arrancar la máquina. Esto asegura que ambas manos del operador estén ocupadas en una posición segura (por ej., en los controles) y por lo tanto no puedan estar en el área peligrosa. Los controles deben operarse continuamente durante las condiciones peligrosas. La operación de la máquina debe detenerse cuando se libera cualquiera de los controles, si un control es liberado, el otro control también debe liberarse para que se pueda reiniciar la máquina.

Un sistema de dos manos depende en gran medida de la integridad de su sistema de control y monitoreo para detectar cualquier fallo, por lo tanto es importante que este aspecto esté diseñado según la especificación correcta. El rendimiento de un sistema de seguridad de dos manos está caracterizado por tipos por ISO 13851 (EN 574) como se muestra, y están relacionados a las Categorías de ISO 13849-1. Los tipos más comúnmente usados para seguridad de maquinaria son IIIB e IIIC. La siguiente Tabla 4.1 muestra la relación de los tipos con respecto a las categorías de rendimiento de seguridad.


Requisitos Tipos
I II III
A B C
Accionamiento síncrono     X X X
Uso de la Categoría 1
(de ISO 13849-1)
X   X    
Uso de la Categoría 3
(de ISO 13849-1)
  X   X  
Uso de la Categoría 4
(de ISO 13849-1)
        X
  
Tabla 3: Categorías y tipos de control con las dos manos

La separación en el diseño físico debe impedir una operación incorrecta (por ej., con la mano y el codo). Esto puede realizarse mediante distancia o protectores como los ejemplos que se muestran en la Figura 82.

Click to enlarge - Fig 4.62 Separation of 2 hand
 
Figura 82: Separación de controles con las dos manos

La máquina no debe ir de un ciclo a otro sin soltar y presionar ambos botones. Esto evita la posibilidad de bloquear ambos botones, dejando la máquina en funcionamiento continuo. El soltar cualquiera de los botones debe hacer que la máquina se detenga.

El uso del control con las dos manos debe considerarse con cautela ya que generalmente permite la exposición a algún tipo de riesgo. El control con las dos manos sólo protege a la persona que los utiliza. El operador protegido debe ser capaz de observar todos los accesos a la pieza peligrosa, ya que otro personal quizás no esté protegido.

ISO 13851 (EN574) proporciona orientación adicional sobre el control con las dos manos.


Dispositivos de habilitación

Los dispositivos de habilitación son controles que permiten que un operador ingrese en un área peligrosa con la pieza peligrosa en operación únicamente mientras el operador sujeta el dispositivo de habilitación en posición de accionamiento. Los dispositivos de habilitación utilizan tipos de interruptores de dos o tres posiciones. Los tipos de dos posiciones están desactivados cuando no se opera el accionador y están activados cuando se opera el accionador. Los interruptores de tres posiciones están desactivados cuando no están accionados (posición 1), activados cuando se mantienen en la posición central (posición 2) y desactivados cuando el accionador se opera pasando la posición central (posición 3). Además, al regresar de la posición 3 a la posición 1, el circuito de salida no debe cerrarse al pasar a través de la posición 2. Este concepto puede observarse en la Figura 83.


Click to enlarge - Fig 4.63 Enabling Switch
 
Figura 83: Funcionamiento de interruptor de habilitación de tres posiciones

Los dispositivos deben utilizarse en combinación con otra función relacionada con la seguridad. Un ejemplo típico es colocar el movimiento en un modo lento controlado. Una vez que está en el modo lento, un operador puede entrar al área peligrosa sujetando el dispositivo de habilitación.

Al usar un dispositivo de habilitación, una señal debe indicar que el dispositivo de habilitación está activo.


Dispositivos lógicos

Los dispositivos lógicos desempeñan un papel central en la pieza relacionada a la seguridad del sistema de control. Los dispositivos lógicos realizan la verificación y monitoreo del sistema de seguridad y permiten que la máquina arranque o ejecutan comandos para parar la máquina.

Hay una gama de dispositivos lógicos disponibles para crear una arquitectura de seguridad que cumpla con los requisitos de complejidad y funcionalidad de la máquina. Los relés pequeños de seguridad de monitoreo cableados son más económicos para máquinas de menor tamaño que requieren un dispositivo lógico dedicado para completar la función de seguridad. Se prefieren relés de seguridad para monitoreo modulares y configurables cuando se requiere un número grande y diverso de dispositivos de protección y control de zona mínimo. Para la máquina de mediana a grande y más compleja serán preferibles los sistemas programables con E/S distribuidas.

Relés de control de seguridad

Los módulos de relé de control de seguridad (MSR) desempeñan un papel clave en muchos sistemas de seguridad. Estos módulos generalmente comprenden dos o más relés con guía positiva con circuitos adicionales para asegurar el rendimiento de la función de seguridad.

Los relés con guía positiva son relés de “cubo de hielo” especiales. Los relés con guía positiva deben cumplir con los requisitos de rendimiento de EN 50025. Esencialmente, están diseñados para evitar que los contactos normalmente cerrados y normalmente abiertos se cierren simultáneamente. Los diseños más nuevos reemplazan las salidas electromecánicas con salidas de seguridad de estado sólido.

Los relés de control de seguridad realizan muchas verificaciones en el sistema de seguridad. En el momento del encendido realizan auto verificaciones de sus componentes internos. Cuando los dispositivos de entrada se activan, el MSR compara los resultados de las entradas redundantes. Si son aceptables, el MSR verifica los accionadores externos. Si están bien, el MSR espera una señal de restablecimiento para activar sus salidas.

La selección del relé de seguridad apropiado depende de una serie de factores: el tipo de dispositivo que monitorea, el tipo de restablecimiento, el número y tipo de salidas.


Tipos de entrada

Los dispositivos de protección tienen diferentes métodos para indicar que algo sucedió:



Impedancia de entrada

La impedancia de entrada de los relés de control de seguridad determina cuántos dispositivos de entrada pueden conectarse al relé y a qué distancia máxima pueden montarse. Por ejemplo, un relé de seguridad puede tener una impedancia de entrada permitida máxima de 500 ohms (W). Cuando la impedancia de entrada es mayor que 500W,éste no activará sus salidas. El usuario debe tener cuidado para asegurarse de que la impedancia de entrada permanezca debajo de la especificación máxima. La longitud, tamaño y tipo de cable usado afectan la impedancia de entrada. La Tabla 4 muestra la resistencia típica de cable de cobre recocido a 25 °C.


Sección transversal ISO mm2 Calibre AWG W por 1,000 m W por 1,000 pies
0.5 20 33.30 10.15
0.75 18 20.95 6.385
1.5 16 13.18 4.016
2.5 14 8.28 2.525
4 12 5.21 1.588
  
Tabla 4: Valores de resistencia de cable

Número de dispositivos de entrada

El proceso de evaluación de riesgos debe usarse para ayudar a determinar cuántos dispositivos de entrada deben conectarse a una unidad de relé de control de seguridad MSR y con qué frecuencia deben verificarse los dispositivos de entrada. Para asegurar que los dispositivos de paro de emergencia y los dispositivos de enclavamiento de compuerta estén en estado operacional, su funcionamiento debe verificarse a intervalos regulares, según lo determinado por la evaluación de riesgos. Por ejemplo, un MSR de entrada de dos canales conectado a una compuerta enclavada que debe abrirse en cada ciclo de la máquina (por ej., varias veces al día) quizás no necesite verificarse. Esto se debe a que la abertura de la guarda hace que el MSR se auto verifique, así como sus entradas y sus salidas (dependiendo de la configuración) para determinar si tienen fallos individuales. A mayor frecuencia de abertura de la guarda, mayor integridad del proceso de verificación.


Otro ejemplo pueden ser los dispositivos de paro de emergencia. Puesto que los dispositivos de paro de emergencia normalmente sólo se usan para emergencias, éstos generalmente se usan muy poco. Por lo tanto, un programa debe establecerse para ejecutar los paros de emergencia y confirmar su efectividad según un cronograma especificado. Ejecutar un sistema de seguridad de esta manera se llama realizar una prueba de calidad, y el tiempo entre pruebas de calidad se llama intervalo entre pruebas de calidad. Un tercer ejemplo pueden ser las puertas de acceso para realizar ajustes en la máquina, las cuales, al igual que los paros de emergencia, pueden usarse con poca frecuencia. Aquí nuevamente debería establecerse una verificación de operatividad manual basada en tiempo.

La evaluación de riesgos ayudará a determinar si los dispositivos de entrada necesitan verificarse y con qué frecuencia. A mayor nivel de riesgo, mayor integridad requerida del proceso de verificación. Y mientras menos frecuente sea , "la verificación" automática, más frecuente deberá ser la verificación "manual" impuesta.


Detección de fallo cruzado de entrada

En sistemas de canal doble, los fallos de cortocircuito de canal a canal de los dispositivos de entrada, también conocidos como fallos cruzados, deben ser detectados por el sistema de seguridad. Esto es realizado por un dispositivo detector o por el relé de control de seguridad.

Los relés de control de seguridad basados en microprocesador, como las cortinas de luz, los escáneres de láser y los sensores sin contacto más sofisticados detectan estos cortocircuitos de diversas maneras. Una manera común de detectar fallos cruzados es usar pruebas diversas de impulsos, como se observa en la Figura 84. Las señales de salida tienen impulsos muy rápidos. El impulso del canal 1 es el offset del impulso del canal 2. Si se produce un cortocircuito, los impulsos ocurren concurrentemente y son detectados por el dispositivo.


Click to enlarge - Fig 4.64 Crossfault Pulses
 
Figura 84: Prueba de impulso para detectar fallos cruzados

Los relés de control de seguridad electromecánicos emplean una técnica de diversidad diferente: Una entrada de activación y una entrada de desactivación. Esto se puede observar en la Figura 85. Un cortocircuito del canal 1 al canal 2 hará que el dispositivo de protección contra sobrecorriente se active y el sistema de seguridad se apagará.

Click to enlarge - Fig 4.65 Diverse inputs
 
Figura 85: Entradas diversas para detectar fallos cruzados

Salidas

Los MSR vienen con diversos números de salidas. Los tipos de salidas ayudan a determinar qué MSR debe usarse en aplicaciones específicas.

La mayoría de MSR tienen por lo menos 2 salidas de seguridad de operación inmediata. Las salidas de seguridad MSR se caracterizan por estar normalmente abiertas. Tienen clasificación de seguridad debido a la redundancia y verificación interna.

Un segundo tipo de salida son las salidas retardadas. Las salidas retardadas generalmente se usan en paros de Categoría 1, donde la máquina requiere tiempo para ejecutar la función de paro antes de permitir acceso al área peligrosa. La Figura 86 muestra los símbolos utilizados para contactos inmediatos y con retardo.


Click to enlarge - Fig 4.66 Symbols for Contact Types
 
Figura 86: Tipos de símbolos para contactos

Los MSR también tienen salidas auxiliares. Generalmente estas se consideran normalmente cerradas. La Figura 87 muestra tres configuraciones para los contactos normalmente cerrados. El circuito a la izquierda solo permite que los contactos normalmente cerrados sean utilizados como circuitos auxiliares ya que un simple fallo en CH1 o CH2 hará que el circuito se cierre. La configuración media puede ser de uso auxiliar como se muestra o uso seguro si se conecta en series. El circuito a la izquierda muestra los contactos normalmente cerrados en una configuración redundante, por lo tanto pueden utilizarse en los circuitos relacionados a la seguridad.

Click to enlarge - Fig 4.67 NC Contact Usage
 
Figura 87: Uso del contacto NC

Especificaciones de salida

Las especificaciones de salida describen la capacidad del dispositivo de protección de conmutar las cargas. Normalmente, las especificaciones de los dispositivos industriales se describen como resistivas o electromagnéticas. Una carga resistiva puede ser un elemento calefactor. Las cargas electromagnéticas son típicamente relés, contactores o solenoides cuando existe una gran característica inductiva de la carga. El Anexo A del estándar IEC 60947-5-1, que puede observarse en la Tabla 5, describe las capacidades nominales de las cargas..

Letra de designación: La designación es una letra seguida de un número, por ejemplo A300.

La letra se relaciona con la corriente térmica en el envolvente y si esa corriente es directa o alternante. Por ejemplo A representa corriente alterna de 10 amperes. El número representa el voltaje de aislamiento clasificado. Por ejemplo, 300 representa 300 V.


Designación Utilización Corriente térmica en el envolvente Corriente operacional de clasificación le a un voltaje operacional de clasificación Ue VA
120 V 240 V 380 V 480 V 500 V 600 V Cierre Apertura
A150 CA-15 10 6 7,200 720
A300 CA-15 10 6 3 7,200 720
A600 CA-15 10 6 3 1.9 1.5 1.4 1.2 7,200 720
B150 CA-15 5 3 3,600 360
B300 CA-15 5 3 1.5 3,600 360
B600 CA-15 5 3 1.5 0.95 0.92 0.75 0.6 3,600 360
C150 CA-15 2.5 1.5 1,800 180
C300 CA-15 2.5 1.5 0.75       1,800 180
C600 CA-15 2.5 1.5 0.75 0.47 0.375 0.35 0.3 1,800 180
D150 CA-14 1.0 0.6 432 72
D300 CA-14 1.0 0.6 0.3 432 72
E150 CA-14 0.5 0.3 216 36
Corriente Directa   125 V 250 V   400 V 500 V 600 V  
N150 CC-13 10 2.2   275 275
N300 CC-13 10 2.2 1.1   275 275
N600 CC-13 10 2.2 1.1   0.63 0.55 0.4 275 275
P150 CC-13 5 1.1   138 138
P300 CC-13 5 1.1 0.55   138 138
P600 CC-13 5 1.1 0.55   0.31 0.27 0.2 138 138
Q150 CC-13 2.5 0.55   69 69
Q300 CC-13 2.5 0.55 0.27   69 69
Q600 CC-13 2.5 0.55 0.27   0.15 0.13 0.1 69 69
R150 CC-13 1.0 0.22   28 28
R300 CC-13 1.0 0.22 0.1   28 28
 
Tabla 5: Clasificaciones de contacto para conmutación de carga inductiva

Utilización La utilización describe los tipos de carga que el dispositivo debe conmutar. Las utilizaciones pertinentes a la norma IEC 60947-5 se pueden observar en la Tabla 6.

Utilización Descripción de carga
CA-12 Control de cargas resistivas y cargas de estado sólido con aislamiento por medio de optoacopladores
CA-13 Control de cargas de estado sólido con aislamiento de transformador
CA-14 Control de cargas pequeñas electromagnéticas (menor que 72 VA)
CA-15 Cargas electromagnéticas mayores que 72 VA
CC-12 Control de cargas resistivas y cargas de estado sólido con aislamiento por medio de optoacopladores
CC-13 Control de electroimanes
CC-14 Control de cargas electromagnéticas que tienen resistencias económicas en circuito
 
Tabla 6: Categorías de utilización

Corriente térmica, Ith: La corriente térmica en envolvente convencional es el valor de corriente usado para las pruebas de subida de temperatura del equipo cuando está montado en un envolvente especificado.

Voltaje Ue y corriente de operación nominal Ie; El voltaje y la corriente de operación nominal especifican las capacidades de cierre y apertura de los elementos de conmutación bajo condiciones normales de operación. La capacidad nominal de los productos Guardmaster de Allen-Bradley es 125 VCA, 250 VCA y 24 VCC. Consulte con la fábrica para obtener información sobre uso con voltajes diferentes a estas capacidades nominales especificadas.

VA: Las especificaciones de VA (Voltaje x Amperios) indican las especificaciones de los elementos de conmutación cuando se cierra el circuito y cuando se abre el circuito.


Ejemplo 1: Una capacidad nominal de A150, CA-15 indica que los contactos pueden cerrar un circuito de 7200 VA. A 120 VCA, los contactos pueden cerrar un circuito de entrada al momento del arranque de 60 amp. Puesto que CA-15 es una carga electromagnética, los 60 amp tienen una corta duración al momento del arranque de la carga. La apertura del circuito es sólo 720 VA porque la corriente de régimen permanente de la carga electromagnética es de 6 A, o sea la corriente de operación nominal.

Ejemplo 2: Una capacidad nominal de N150, CC-13 indica que los contactos pueden cerrar un circuito de 275 VA. A 125 VCA, los contactos pueden cerrar un circuito de 2.2 amp. Las cargas electromagnéticas de CC no tienen una corriente de entrada al momento del arranque como las cargas electromagnéticas de CA. La apertura del circuito también es 275 VA porque el régimen permanente de corriente de la carga electromagnética es 2.2, que es la corriente de operación nominal.


Reinicio de la máquina

Si por ejemplo, se abre una guarda enclavada en una máquina en funcionamiento, el interruptor de enclavamiento de seguridad detendrá la máquina. En la mayoría de casos es imperativo que la máquina no se reinicie inmediatamente cuando se cierra la guarda. Una manera común de lograr esto es usar una configuración de arranque con contactor de enclavamiento como puede observarse en la Figura 88. Una puerta de guarda enclavada es usa como ejemplo aquí pero los requisitos corresponden a los otros dispositivos de protección y sistemas de paro de emergencia.


Click to enlarge - Fig 4.68 Simple Stop Start Interlock
 
Figura 88: Circuito simple de enclavamiento de paro y arranque de la máquina

El presionar y soltar el botón de inicio momentáneamente activa la bobina de control del contactor, lo cual cierra los contactos eléctricos. Siempre que la corriente circule a través de los contactos eléctricos, la bobina de control se mantiene activada (enclavada eléctricamente) mediante los contactos auxiliares del contactor, los cuales están mecánicamente vinculados a los contactos eléctricos. Cualquier interrupción de la alimentación principal o del suministro del control resultará en la desactivación de la bobina y en la apertura de los contactos auxiliares y de la alimentación principal. El enclavamiento de guarda está cableado al circuito de control del contactor. Esto significa que el reinicio solo puede lograse cerrando la guarda y luego conmutando a "ACTIVADO" con el botón de inicio normal, lo cual reinicia el contactor y arranca la máquina.

Los requisitos para situaciones de enclavamiento normales se describen claramente en ISO 12100-1, Párrafo 3.22.4 (extracto).


Cuando la guarda se cierra, pueden quedar operativas las funciones peligrosas de la máquina relacionadas a la guarda, pero el cierre de la guarda no inicia por sí solo su operación.

Muchas máquinas ya tienen contactores simples o dobles que funcionan como se describe anteriormente (o tienen un sistema que logra el mismo resultado). Cuando se acopla un enclavamiento a una maquinaria existente, es necesario determinar si la configuración de control de energía cumple con este requisito y tomar las medidas adicionales necesarias.


Funciones de restablecimiento

Los relés de control de seguridad Guardmaster de Allen-Bradley están diseñados con restablecimiento manual monitoreado o restablecimiento automático/manual.

Restablecimiento manual monitoreado

Un restablecimiento manual monitoreado requiere un cambio de estado del circuito de restablecimiento después de que la compuerta se cierra o se restablece el paro de emergencia. La Figura 89 muestra una configuración típica de un interruptor de restablecimiento conectado a un circuito de control de salida de un relé de seguridad con la función de restablecimiento manual monitoreado. Los contactos auxiliares normalmente cerrados unidos mecánicamente de los contactores de conmutación de alimentación eléctrica están conectados en serie con un botón pulsador momentáneo. Después de que la guarda se abre y se cierra nuevamente, el relé de seguridad no permitirá que la máquina sea reiniciada hasta que haya un cambio de estado en el botón de restablecimiento. Esto es en cumplimiento de los requisitos para restablecimiento manual adicional tal como se describe en EN ISO 13849-1. es decir, la función de restablecimiento asegura que ambos contactores estén DESACTIVADOS y que ambos circuitos de enclavamiento (y por lo tanto las guardas) estén cerradas y además (debido a que se requiere un cambio de estado) que el accionador de restablecimiento no haya sido eludido o bloqueado de ninguna manera. Si estas revisiones son exitosas la máquina podrá luego ser reiniciada desde los controles normales. La normativa EN ISO 13849-1 cita el cambio de estado de activado a desactivado pero el mismo principio de protección también puede lograrse por el efecto opuesto.


Click to enlarge - Fig 4.69 Manual Reset
 
Figura 89: Restablecimiento manual monitoreado

El interruptor de restablecimiento debe ubicarse en un lugar que proporcione una buena visibilidad de la fuente de peligro, de manera que el operador pueda verificar que el área esté despejada antes de la operación.

Restablecimiento manual/automático

Algunos relé de seguridad tienen restablecimiento automático/manual. El modo de restablecimiento manual no se monitorea y el restablecimiento se produce cuando se presiona el botón. No se detectará un cortocircuito o un atasco en el interruptor de restablecimiento. Con este enfoque no será posible cumplir con los requisitos para restablecimiento manual adicional como se describe en EN ISO 13849-1 a menos que se utilicen medios adicionales.

Alternativamente, la línea de restablecimiento puede conectarse en puente, permitiendo así un restablecimiento automático. El usuario debe proporcionar otro mecanismo para impedir la puesta en marcha de la máquina cuando se cierre la puerta.

El interruptor de restablecimiento debe ubicarse en un lugar que proporcione una buena visibilidad de la fuente de peligro, de manera que el operador pueda verificar que el área esté despejada antes de la operación.

Restablecimiento Manual/Automático

Algunos relés de seguridad tiene restablecimiento automático/manual. El modo de restablecimiento manual no se monitorea y el restablecimiento se produce cuando se presiona el botón. No se detectará un cortocircuito o un atasco en el interruptor de restablecimiento. Con este enfoque no será posible cumplir con los requisitos para restablecimiento manual adicional como se describe en EN ISO 13849-1 a menos que se utilicen medios adicionales.

Alternativamente, la línea de restablecimiento puede conectarse en puente, permitiendo así un restablecimiento automático. El usuario deberá proporcionar otro mecanismo para evitar el arranque de la máquina cuando se cierra la compuerta.

Un dispositivo de auto-restablecimiento no requiere una acción de conmutación manual pero después de la desactivación siempre conducirá una verificación de la integridad del sistema antes de reiniciar el sistema. Un sistema de auto-restablecimiento no debe confundirse con un dispositivo sin capacidad de restablecimiento. En este último, el sistema de seguridad se habilitará inmediatamente después de la desactivación, pero no habrá una verificación de la integridad del sistema.

Guardas de control

Una guarda de control detiene la máquina cuando la guarda se abre y directamente la inicia de nuevo cuando la guarda se cierra. Sólo se permite el uso de guardas de control bajo ciertas condiciones estrictas ya que cualquier puesta en marcha inesperado o incapacidad de parar puede ser extremadamente peligrosa. El sistema de enclavamiento debe tener la más alta confiabilidad posible (a menudo se aconseja usar enclavamiento de guarda). El uso de guardas de control SÓLO puede ser considerada en maquinarias donde NO EXISTE LA POSIBILIDAD de que un operador o parte de su cuerpo permanezca o alcance la zona de peligro mientras la guarda está cerrada. La guarda de control debe ser el único acceso al área de peligro.


Controles lógicos programables de seguridad

La necesidad de aplicaciones de seguridad flexibles y escalables impulsó el desarrollo de PLCs/controladores de seguridad. Los controladores de seguridad programables proporcionan a los usuarios el mismo nivel de flexibilidad de control en una aplicación de seguridad a la cual están acostumbrados con los controladores programables estándar. Sin embargo existen diferencias extensas entre los PLC estándar y de seguridad. Los PLC de seguridad que pueden observarse en la Figura 90 vienen en varias plataformas para acomodar la capacidad de escalado, los requisitos funcionales y de integración de los sistemas de seguridad complejos.

Click to enlarge - Fig 4.70 Safety PLC
 
Figura 90: Plataformas de PLC de seguridad

Hardware

La redundancia de las CPU, la memoria, los circuitos de E/S y los diagnósticos internos son mejoras de los PLC de seguridad que no se requieren en un PLC estándar. Un PLC de seguridad dedica un tiempo significativamente mayor a realizar diagnósticos internos sobre la memoria, las comunicaciones y las E/S. Estas operaciones adicionales se necesitan para alcanzar la certificación de seguridad requerida. El sistema operativo del controlador se hace cargo de esta redundancia y diagnósticos adicionales y los hace transparentes para el programador de modo que los PLC de seguridad programan de una manera muy similar a los PLC estándar.

Los microprocesadores que controlan estos dispositivos realizan diagnósticos internos extensos para asegurar el rendimiento de la función de seguridad. La Figura 91 proporciona un ejemplo de diagrama de bloques de un PLC de seguridad. Si bien los controladores basados en microprocesador difieren ligeramente de una familia a otra, se aplican principios similares para lograr una clasificación de seguridad.


Click to enlarge - Fig 4.71 1oo2 Architecture
 
Figura 91: Arquitectura 1oo2D

Se usan múltiples microprocesadores para procesar las E/S, la memoria y las comunicaciones de seguridad. Los circuitos del temporizador de control (watchdog) realizan análisis de diagnósticos. Este tipo de arquitectura se conoce como 1oo2D, porque cualquiera de los dos microprocesadores puede realizar la función de seguridad, y se realizan diagnósticos extensos para asegurar que ambos microprocesadores estén operando de manera sincronizada.

Además, cada circuito de entrada se prueba internamente repetidas veces cada segundo para asegurar que funcione correctamente. La Figura 92 muestra un diagrama de bloques de una entrada. Usted quizás sólo use el paro de emergencia una vez al mes, pero cuando lo haga, el circuito ha sido probado continuamente de modo que el paro de emergencia será detectado correctamente en el interior del PLC de seguridad.


Click to enlarge - Fig 4.72 Input Block Diagram
 
Figura 92: Diagrama bloques de un módulo de entrada de seguridad

Las salidas de los PLC de seguridad son electromecánicas o de estado sólido con clasificación de seguridad. LA Figura 93 muestra interruptores múltiples en cada circuito de salida de un PLC de seguridad. Al igual que los circuitos de entrada, los circuitos de salida se prueban múltiples veces cada segundo para asegurar que pueden desactivar la salida. Si uno de los tres falla, la salida es desactivada por los otros dos, y el fallo es reportado por el circuito de monitoreo interno.

Click to enlarge - Fig 4.73 Output Block Diagram
 
Figura 93: Diagrama de bloque de módulo de salida de seguridad

Cuando se usan dispositivos de seguridad con contactos mecánicos (paros de emergencia, interruptores de compuerta, etc.) el usuario puede aplicar señales de prueba de impulsos para detectar fallos cruzados. Para no usar salidas de seguridad costosas, muchos PLC de seguridad proporcionan salidas de impulsos específicas que pueden conectarse a dispositivos de contactos mecánicos. Se muestra un ejemplo de cableado en la Figura 94. En este ejemplo, las salidas O1, O2, O3, y O4 están todas emitiendo impulsos a diferentes velocidades. Los PLC de seguridad esperan ver estas velocidades de impulsos reflejados en las entradas. Si se detectan velocidades de impulso idénticas, significa que ha ocurrido un fallo cruzado y se tomará la acción apropiada en el PLC de seguridad.

Click to enlarge - Fig 4.74 Pulse Testing 2NC
 
Figura 94: Prueba de impulso de entradas mecánicas 2 N.C

Software

Los PLC de seguridad programan de manera similar a los PLC estándar. Todos los diagnósticos adicionales y verificación de errores mencionados anteriormente son realizados por el sistema operativo, por lo tanto el programador no tiene conocimiento de lo que está sucediendo. La mayoría de los PLC de seguridad tendrán instrucciones especiales usadas para escribir el programa para el sistema de seguridad, y estas instrucciones tienden a simular la función de los relés de seguridad homólogos. Por ejemplo, la instrucción de paro de emergencia en la Figura 95 funciona de manera muy parecida a un MSR 127. Si bien la lógica detrás de estas instrucciones es compleja, los programas de seguridad tienen una apariencia relativamente simple porque el programador simplemente conecta estos bloques juntos. Estas instrucciones, junto con otras instrucciones lógicas, matemáticas, de manejo de datos, etc., cuentan con certificación de terceros para asegurar que su operación sea coherente con los

estándares vigentes.


Click to enlarge - Fig 4.75 E-Stop Function Block
 
Figura 95: Bloque de función de paro de emergencia

Los bloques de funciones son los métodos predominantes para la programación de las funciones de seguridad. Además de los bloques de función y la lógica de escalera, los PLC de seguridad también proporcionan instrucciones de aplicación de seguridad certificadas. Las instrucciones de seguridad certificadas proporcionan un comportamiento específico a la aplicación. Este ejemplo muestra una instrucción de paro de emergencia. Para lograr la misma función en lógica de escalera se requerirían aproximadamente 16 renglones para la lógica de escalera. Puesto que el comportamiento lógico está incorporado en la instrucción de paro de emergencia, no es necesario probar la lógica incorporada.

Hay bloques de funciones certificados disponibles para conectarse con casi todos los dispositivos de seguridad. Una excepción a esta lista es el borde de seguridad que utiliza tecnología resistiva. A continuación se muestra una lista de las instrucciones de aplicación certificada disponibles en GuardPLC.


1. Entrada (1 N.A. + 1 N.C.) diversa con restablecimiento automático
2. Entrada (1 N.A. + 1 N.C.) diversa con restablecimiento manual
3. Paro de emergencia con restablecimiento automático
4. Paro de emergencia con restablecimiento manual
5. Entrada (2 N.C.) redundante con restablecimiento automático
6. Entrada (2 N.C.) redundante con restablecimiento manual
7. Salida redundante con retroalimentación positiva
8. Salida redundante con retroalimentación negativa
9. Habilitación de estación colgante con restablecimiento automático
10. Habilitación de estación colgante con restablecimiento manual
11. Estación de mando de dos manos con pin activo
12. Estación de mando de dos manos sin pin activo
13. Cortina de luz con restablecimiento automático
14. Cortina de luz con restablecimiento manual
15. Selector de modo de cinco posiciones
16. Salida simple de prueba de pulso
17. Salida de prueba de pulso redundante

Los PLC de seguridad generan una “firma” que proporciona la capacidad de realizar el seguimiento de los cambios realizados. Esta firma generalmente es una combinación del programa, la configuración de entradas y salidas, y un sello de hora. Al finalizar y validar el programa, el usuario debe registrar esta firma como parte de los resultados de validación para referencia futura. Si el programa necesita modificación, se requiere revalidación y deberá registrarse una nueva firma. El programa también puede bloquearse con una contraseña para evitar cambios no autorizados.

El cableado se simplifica con los sistemas lógicos programables comparado con los relés de control de seguridad. A diferencia de cablear a terminales específicos en los relés de control de seguridad, los dispositivos de entrada se conectan a cualquier terminal de entrada y los dispositivos de salida se conectan a cualquier terminal de salida. Luego los terminales son asignados mediante el software.

Controladores de seguridad integrada

Las soluciones de control de seguridad ahora proporcionan una integración completa dentro de una sola arquitectura de control, donde las funciones de control de seguridad y estándar residen y trabajan juntas. La capacidad de realizar control de movimiento, velocidad, de proceso, de lotes, control secuencial de alta velocidad y seguridad SIL3 en un controlador ofrece importante ventajas. La integración de los controles de seguridad y estándar ofrece la oportunidad de utilizar herramientas comunes y tecnologías que reducen los costos asociados con el diseño, la instalación, la puesta en marcha y el mantenimiento. La capacidad de utilizar hardware de control común, E/S de seguridad distribuidas o dispositivos en redes de seguridad y dispositivos de interface de operador-máquina (HMI) comunes reducen los costos de adquisición y mantenimiento así como también el tiempo de desarrollo. Todas estas características aumentan la productividad y la velocidad relacionada con la resolución de problemas, y reducen los costos de formación técnica gracias a la homogeneidad.

La Figura 96 muestra un ejemplo de la integración de control y seguridad. Las funciones de control estándar no relacionadas a la seguridad residen en la tarea principal. Las funciones relacionadas con la seguridad residen en la tarea de seguridad.


Click to enlarge - Fig 4.76 Integrated Tasks
 
Figura 96: Tareas relacionadas y no relacionadas a la seguridad

Todos las funciones estándar y las relacionadas a la seguridad están aisladas una de otra. La Figura 97 muestra un diagrama bloque de interacción permitida entre las porciones estándar y de seguridad de la aplicación. Por ejemplo, las etiquetas de seguridad pueden ser leídas directamente por medio de la lógica estándar. Las etiquetas de seguridad pueden intercambiarse entre los controladores GuardLogix mediante EtherNet, ControlNet o DeviceNet. Los datos de las etiquetas de seguridad pueden ser leídos directamente por dispositivos externos, interfaces de máquina-operador (HMI), ordenadores personales (PC) y otros controladores.

Click to enlarge - Fig 4.77 Standard and Safety Task Interaction
 
Figura 97: Interacción de tarea estándar y de seguridad

1. Las etiquetas estándar y la lógica se comportan iguales que las de ControlLogix.
2. Datos de las etiquetas estándar, programa o dispositivos al alcance del controlador, HMI, PC, otros controladores, etc.
3. Como controlador integrado, GuardLogix proporciona la capacidad de mover (asignar) datos de etiquetas estándar a etiquetas de seguridad para su uso dentro de la tarea de seguridad. El objeto de ello es proporcionar a los usuarios la capacidad de leer información de estado desde el lado estándar de GuardLogix. Estos datos no deben usarse para controlar directamente una salida de seguridad.
4. Las etiquetas de seguridad pueden ser leídas directamente por la lógica estándar.
5. Las etiquetas de seguridad pueden ser leídas o escritas por la lógica estándar.
6. Las etiquetas de seguridad pueden intercambiarse entre los controladores GuardLogix mediante EtherNet.
7. Los datos de etiquetas de seguridad, del programa o de los dispositivos al alcance del controlador pueden ser leídos por dispositivos externos, HMI, PC u otros controladores, etc. Tome nota de que una vez que se leen estos datos, se consideran datos estándar, no datos de seguridad.

Redes de seguridad

Las redes de comunicación de la planta tradicionalmente han proporcionado a los fabricantes la capacidad de mejorar la flexibilidad, aumentar los diagnósticos, aumentar las distancias, reducir los costos de instalación y cableado, facilitar el mantenimiento y en general mejorar la productividad de sus operaciones de fabricación. Estas mismas motivaciones también están impulsando a la implementación de redes de seguridad industriales. Estas redes de seguridad permiten a los fabricantes distribuir E/S de seguridad y dispositivos de seguridad alrededor de su maquinaria mediante un solo cable de red, para reducir los costos de instalación a la vez que se mejoran los diagnósticos y se habilitan sistemas de seguridad de mayor complejidad. También permiten comunicaciones seguras entre los PLC de seguridad/controladores, permitiendo a los usuarios distribuir su control de seguridad entre varios sistemas inteligentes.

Las redes de seguridad no eliminan los errores de comunicación. Las redes de seguridad tienen mayor capacidad de detectar errores de transmisión y luego permitir que los dispositivos de seguridad realicen las acciones apropiadas. Los errores de comunicación que se detectan incluyen: inserción de mensajes, pérdida de mensajes, corrupción de mensajes, retardo de mensajes, repetición de mensajes y secuencia incorrecta de mensajes.

Para la mayoría de aplicaciones, cuando se detecta un error, el dispositivo entra en un estado desactivado conocido, generalmente llamado “estado de seguridad.” La entrada de seguridad o el dispositivo de salida es responsable de detectar estos errores de comunicación y luego entrar en el estado de seguridad si corresponde.


Las redes de seguridad de versiones anteriores estaban vinculadas a un tipo de medio físico o a un esquema de acceso a medio físico, por lo tanto los fabricantes tenían que usar cables específicos, tarjetas de interface de red, encaminadores, puentes, etc., que también se convertían en parte de la función de seguridad. Estas redes estaban limitadas en el sentido que sólo aceptaban comunicación entre dispositivos de seguridad. Esto significaba que los fabricantes tenían que usar dos o más redes para su estrategia de control de máquina (una red para el control estándar y otra para el control relacionado a la seguridad), lo cual aumentaba los costos de instalación, formación técnica y piezas de repuesto.

Las redes de seguridad modernas permiten que un solo cable de red se comunique con los dispositivos de control de seguridad y estándar. El protocolo CIP Safety (protocolo industrial común) es un protocolo estándar abierto publicado por ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) que permite comunicaciones de seguridad entre dispositivos de seguridad en las redes DeviceNet, ControlNet y EtherNet/IP. Puesto que CIP Safety es una extensión del protocolo CIP estándar, los dispositivos de seguridad y los dispositivos estándar pueden residir en la misma red. Los usuarios también pueden hacer conexión en puente entre redes que contienen dispositivos de seguridad, lo cual les permite subdividir los dispositivos de seguridad para realizar ajustes finos en los tiempos de respuesta de seguridad o simplemente facilitar la distribución de los dispositivos de seguridad. Puesto que el protocolo de seguridad es únicamente responsabilidad de los dispositivos finales (PLC de seguridad/controlador, módulo de E/S de seguridad, componente de seguridad), se usan cables estándar, tarjetas de interface de red, encaminadores y puentes, lo cual elimina accesorios especiales de conexión en red y permite apartar estos dispositivos de la función de seguridad.


La Figura 98 muestra un ejemplo simplificado de un sistema de E/S distribuidas. El operador abre la compuerta. El interruptor de enclavamiento, conectado al bloque de seguridad E/S, envía su información de seguridad a través de la red DeviceNet al PLC de seguridad. El PLC de seguridad envía una señal de vuelta al bloque de E/S de seguridad para apagar el equipo dentro de la compuerta y envía una salida estándar a una columna luminosa para anunciar que la compuerta está abierta. El HMI y el PLC estándar monitorean la información de seguridad y medidas de control adicionales, como realizar un ciclo de paro del equipo adyacente.

Click to enlarge - Fig 4.78 Dsitributed Network
 
Figura 98: Ejemplo de red simple de seguridad distribuida

Para sistemas de fabricación más grandes, donde la información y control de seguridad debe ser compartida, se puede utilizar, Ethernet/IP. La Figura 99 (en la página siguiente) muestra un ejemplo de comunicaciones entre dos controladores de seguridad mientras se utiliza DeviceNet para distribución local de E/S dentro de un sistema más pequeño.

Click to enlarge - Fig 4.79 Complex Distributed Network
 
Figura 99: Ejemplo de red compleja de seguridad distribuida

Dispositivos de salida

Relés de control de seguridad y contactores de seguridad

Los relé de control y los contactores se utilizan para desconectar la alimentación eléctrica del accionador. Se añaden características especiales a los relés de control y contactores para proporcionar la clasificación de seguridad.

Se usan contactos normalmente cerrados unidos mecánicamente para informar el estado de los relés de control y contactores al dispositivo lógico. El uso de contactos unidos mecánicamente ayuda a asegurar la función de seguridad. Para cumplir con los requisitos de los contactos mecánicamente unidos, los contactos normalmente cerrados y normalmente abiertos no pueden estar en el estado cerrado simultáneamente. La norma IEC 60947-5-1 define los requisitos para los contactos mecánicamente unidos. Si los contactos normalmente abiertos se fueran a soldar, los contactos normalmente cerrados se abrirían por lo menos 0.5 mm. Por el contrario, si los contactos normalmente cerrados se fueran a soldar, entonces los contactos normalmente abiertos permanecerían abiertos. Si el producto cumple con este requisito, se aplica al producto el símbolo que aparece en la Figura 100.


Click to enlarge - Fig 4.80 Mechanically linked
 
Figura 100: Símbolo de contacto unido mecánicamente

Los sistemas de seguridad sólo deben arrancar en lugares específico. Los relés de control y los contactores estándar permiten que se presione el inducido para cerrar los contactos normalmente abiertos. En los dispositivos con clasificación de seguridad, el inducido está protegido contra la anulación manual para mitigar una puesta en marcha inesperada.

En relés de control de seguridad. el contacto normalmente cerrado es manejado por el separador principal. Los contactores de seguridad utilizan una plataforma adicional para ubicar los contactos unidos mecánicamente. Si el bloque de contactos se cayera de la base, los contactos mecánicamente unidos permanecerían cerrados. Los contactos mecánicamente unido están permanentemente adheridos al relé de control de seguridad o contactor de seguridad.


En los contactores de mayor tamaño, un bloque de contactos es insuficiente para reflejar de manera exacta el estado del separador más ancho. Se usan contactos en espejo mostrados en la Figura 101 y ubicados en cualquiera de los lados del contactor.

Click to enlarge - Fig 4.81 Mirrored Contacts
 
Figura 101: Contactos en espejo normalmente cerrados

El tiempo de desconexión de los relés de control o contactores desempeña un papel en el cálculo de la distancia de seguridad. A menudo, un supresor de sobretensión se coloca en la bobina para aumentar la vida útil de los contactos que accionan la bobina. Para las bobinas activadas por CA, el tiempo de desconexión no se ve afectado. Para las bobinas activadas por CC, el tiempo de desconexión aumenta. El aumento depende del tipo de supresión seleccionado.

Los relés de control y contactores están diseñados para conmutar grandes cargas, desde 0.5 A hasta más de 100 A. El sistema de seguridad opera con baja corriente. La señal de retroalimentación generada por el dispositivo lógico del sistema de seguridad puede estar en el orden de unos pocos miliamperios hasta decenas de miliamperios, generalmente a 24 VCC. Los relés de control de seguridad y los contactores de seguridad usan contactos bifurcados con recubrimiento de oro para conmutar de una manera fiable esta baja corriente.

Protección contra sobrecarga

La protección contra sobrecarga es requerida por los estándares eléctricos. Los diagnósticos provistos por el dispositivo de protección contra sobrecarga mejoran no sólo la seguridad del equipo sino también la seguridad del operador. Las tecnologías disponibles hoy en día pueden detectar condiciones de fallo como una sobrecarga, pérdida de fase, fallo de tierra, bloqueo, atasco, baja carga, desequilibrio de corriente y sobretemperatura. El detectar y comunicar condiciones anormales antes del disparo ayuda a mejorar el tiempo productivo y ayuda a evitar condiciones peligrosas no previstas para los operadores y el personal de mantenimiento

La Figura 102 muestra un ejemplo de dispositivos de protección contra sobrecarga. Cuando se utilizan los contactores duales para asegurar que un motor esté apagado en una solución confiable de control o de Categoría 3, 4, solo se necesitará un dispositivo de protección contra sobrecarga para cada motor.


Click to enlarge - Fig 4.82 Contactor Overload Protection
 
Figura 102: Protección contra sobrecarga del contactor

Variadores y servovariadores

Los variadores y servovariadores con clasificación de seguridad pueden usarse para evitar el riesgo de movimiento mecánico para lograr un paro de seguridad así como un paro de emergencia.

Los variadores de CA logran la clasificación de seguridad con canales redundantes para desconectar la alimentación eléctrica al circuito de control de la compuerta. Un canal es la señal de habilitación, una señal de hardware que elimina la señal de entrada del circuito de control de compuerta. El segundo canal es un relé con guía positiva que elimina el suministro de alimentación eléctrica del circuito de control de la compuerta. El relé con guía positiva también proporciona una señal de estado de vuelta al sistema lógico. En la Figura 103 se puede observar un diagrama bloque de la implementación de la característica de desconexión segura en el variador PowerFlex.

Este enfoque redundante permite que el variador de seguridad se aplique en circuitos de paro de emergencia sin necesidad de un contactor.


Click to enlarge - Fig 4.83 Drive Safety Signals
 
Figura 103: Señales de seguridad del variador

Click to enlarge - Fig 4.84 Kinetix Signals
 
Figura 104: Señales de seguridad de variador Kinetix

El servo llega a un resultado en una manera similar a la de los variadores de CA. La Figura 104 muestra que las señales de seguridad redundantes son utilizadas para llegar a la función de seguridad. Una señal interrumpe el variador a los circuitos de control de la compuerta. Una segunda señal interrumpe la alimentación eléctrica del circuito de control de la compuerta. Se usan dos relés con guía positiva para eliminar las señales y proporcionar también retroalimentación al dispositivo lógico de seguridad.

Sistemas de conexión

Los sistemas de conexión añaden valor debido a la reducción de los costos de instalación y mantenimiento de la seguridad. Los diseños debe tener en cuenta el canal individual, doble canal, doble canal con indicación y múltiples tipos de dispositivos.

Cuando se necesita una conexión en serie de enclavamientos de doble canal, un bloque de instalación puede simplificar la instalación. La Figura 105 muestra un ejemplo simple de una serie de enclavamientos conectados a un puerto. Con una clasificación de IP67, estos tipos de cajas pueden montarse en la máquina en lugares remotos.


Click to enlarge - Fig 4.85 Safety Distribution Box
 
Figura 105: Bloque de distribución de seguridad

Cuando se requiere un conjunto diverso de dispositivos, puede usarse una caja ArmorBlock Guard I/O. La Figura 106 muestra un bloque de ocho y cuatro puertos con clasificación IP67, que puede montarse directamente en la máquina sin un envolvente. Las entradas pueden estar configuradas para aceptar varios tipos de dispositivos.

Click to enlarge - Fig 4.86 ArmorBlock
 
Figura 106: ArmorBlock Guard I/O