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Conexión en serie

Cómo conectar dispositivos de enclavamiento en cascada (en serie) al relé de seguridad sin perder la categoría

Alfonso de Victoria Pou, ingeniero Industrial, consultor y formador independiente en seguridad industrial

18/11/2013

En las instalaciones automatizadas, no tanto cuando se trata de una simple máquina individual, es frecuente que haya un elevado número de dispositivos de enclavamiento asociados a resguardos y/o dispositivos de parada de emergencia conectados en serie, cascada, a un mismo relé de seguridad. Ello se hace con la finalidad de ahorrar tiempo y dinero en el cableado y en el número de relés, o módulos, de seguridad utilizados.

La Norma EN ISO 13849-1 admite 5 categorías, parecidas aunque no idénticas a las categorías de la ya retirada Norma EN 954-1. Dos de ellas, las Categorías B y 1, no tienen ninguna supervisión de fallos y uno solo puede producir la pérdida de la función de seguridad. En estas dos categorías no hay ningún problema si se conectan en serie, en cascada, un número cualquiera de dispositivos de enclavamiento.

El problema surge en las categorías en las que la Norma EN ISO 13849-1 requiere que haya la función de supervisión y que sea válida, es decir, que al menos un determinado porcentaje de fallos peligrosos sean detectados por el sistema de supervisión (el relé o el PLC de seguridad).

Aunque en las instalaciones grandes es frecuente que el número de dispositivos conectados en cascada sea elevado, para simplificar la explicación la figura que sigue ilustra un ejemplo con sólo 3 dispositivos de enclavamiento, que podría corresponder a una Categoría 3 o una Categoría 4 de acuerdo con la Norma EN ISO 13849-1, en función del MTTFd (tiempo medio entre fallos peligrosos) y el DCavg (cobertura media del diagnóstico, porcentaje de fallos peligrosos que el sistema de supervisión es capaz de detectar).

Con los tres resguardos cerrados, la máquina está en condiciones de ser puesta en marcha. Supongamos que entonces se abre por ejemplo el resguardo de más a la izquierda (1) y uno de los dos dispositivos de enclavamiento falla (2) y no abre sus contactos (señalado en la figura con una cruz en rojo). El relé de seguridad detecta el fallo, ya que no puede ser que uno de los dos circuitos de seguridad esté abierto y el otro cerrado, por lo que no permitirá que la máquina funcione cuando se vuelva a cerrar el resguardo. La máquina no puede volver a funcionar hasta que el relé de seguridad haya detectado que los dos canales se han abierto antes de que los dos se vuelvan a cerrar.

Sin embargo, si mientras el resguardo de la izquierda permanece abierto se abre cualquier otro resguardo, por ejemplo el del centro (3), cuyos dos dispositivos de enclavamiento funcionan correctamente, el relé de seguridad detecta ahora una situación correcta, con los dos circuitos de seguridad abiertos. Si seguidamente se cierra primero el resguardo de la izquierda (4) y después el del centro (5), la máquina puede volver a funcionar normalmente, ya que el relé de seguridad verá que después de haberse abierto los dos canales se han vuelto a cerrar también los dos. La apertura de un segundo resguardo ha ocultado al relé de seguridad el fallo en el dispositivo de enclavamiento del primer resguardo (el de la izquierda).

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Ejemplo de 3 dispositivos de enclavamiento que podría corresponder a una Categoría 3 o una Categoría 4 de acuerdo con la Norma EN ISO.

Problemática

¿Cuál es el problema que ha surgido? La no-detección, la ocultación de un fallo peligroso. Si esta situación se repite porque haya muchos dispositivos de enclavamiento conectados en serie o porque los resguardos se abran frecuentemente, la cobertura del diagnóstico (porcentaje de fallos peligrosos que el sistema de supervisión es capaz de detectar), DCavg, disminuye, lo cual puede rebajar la Categoría de 4 a 3 (la Categoria 4 requiere un DCavg> 99%) o, incluso, invalidar la Categoría 3, que requiere como mínimo un DCavg> 60%.

La probabilidad de que ello ocurra es función del número de dispositivos en serie y de la frecuencia con que se abren. Para evaluarla, el CEN acaba de adoptar la Norma EN ISO 14119 que, aunque no esté todavía armonizada, nos da un criterio técnico admisible y, además, está previsto que en la próxima publicación de la lista de normas armonizadas en el DOUE sustituya a la actual Norma EN 1088 +A1 sobre los dispositivos de enclavamiento asociados a resguardos. Esa próxima publicación no puede tardar demasiado, ya que la última data ya de abril de 2013. El criterio de la Norma EN ISO 14119 se resume en la tabla adjunta.

 

Número de resguardos móviles que se abren más de 1 vez por hora

Número de resguardos móviles adicionales

Probabilidad de ocultación

DC máxima que se puede alcanzar

PL máximo que se puede alcanzar

 

1

 

1

Baja

Baja (> 60%)

d

2 a 4

Media

Baja (> 60%)

d

+ de 4

Alta

Nula (< 60%)

c

+ de 1

-

Alta

Nula (< 60%)

c

Este problema no se suele presentar cuando lo que se conecta en cascada son dispositivos de parada de emergencia ya que, en éstos, no es normal la necesidad de actuar sobre ellos más de una vez por hora.

Posibilidad de conectar en serie

En las instalaciones automatizadas, no tanto cuando se trata de una simple máquina individual, es frecuente que haya un elevado número de dispositivos que es necesario, por razones de economía, conectar en cascada a un solo elemento de control (relé o PLC de seguridad). Si hubiera que cablear desde cada dispositivo de enclavamiento por separado hasta el relé o PLC de seguridad, las instalaciones serían tan farragosas y costosas como se muestra en la figura.
foto

La conexión en serie es a veces necesaria por razones de economía.

Para resolver este problema, están saliendo al mercado dispositivos que permiten la conexión en serie (en cascada) de dispositivos de doble canal y que permiten alcanzar niveles de diagnóstico elevados, eliminando el enmascaramiento de los fallos. Son particularmente útiles para instalaciones grandes y complejas, por ejemplo instalaciones automatizadas con células robotizadas y procesos de fabricación modernos, ya que no comprometen la asunción incluso del nivel de prestaciones Ple si es el requerido.

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