De la seguridad estática a la dinámica

Con PAS STL como nuevo miembro de la familia de editores IEC 61131-3, Pilz brinda por primera vez la posibilidad de programar funciones de seguridad y estándar de forma completa y unificada sobre la misma base estandarizada en el sistema de automatización PSS 4000.
Ostfildern, 06-ago-2012

En el pasado, hablar sobre la seguridad de las máquinas era hablar sobre la función de parada de emergencia. Las posibilidades que permite la normativa junto con las nuevas soluciones técnicas a tareas de seguridad y los conocimientos combinados sobre aplicaciones acercan los niveles de productividad y disponibilidad de las máquinas a las exigencias actuales. La seguridad dinámica flexible es el resultado de combinar sensores, control y accionadores.

En todas las situaciones en que personas y máquinas comparten un espacio de trabajo, pueden producirse movimientos peligrosos de la máquina. La seguridad ha estado y está determinada sobre todo por eventos binarios como, por ejemplo, el accionamiento de un dispositivo de parada de emergencia, la apertura de una puerta protectora o la interrupción de una cortina fotoeléctrica de seguridad. Todavía hoy, el concepto de seguridad de muchas máquinas e instalaciones se basa en la interrupción del flujo eléctrico de todos los accionamientos o de la instalación completa al acceder a una zona protegida. Conforme aumenta la automatización y el encadenamiento de la maquinaria, las instalaciones y los procesos, aumentan sobre todo los requisitos funcionales de la técnica de seguridad.

El continuo aumento de la productividad exige, sin embargo, poder trabajar en zonas de protección definidas de una instalación sin que se interrumpa el proceso de producción completo. La razón es que una desconexión brusca está asociada casi siempre con inconvenientes adicionales, como una pérdida de productividad, tiempos de parada prolongados debido a la complejidad de la nueva puesta en marcha o una limitación del concepto de manejo y mantenimiento de la máquina.

Consideración integrada de la seguridad

La industria de la fabricación se caracteriza por un creciente grado de automatización y por el encadenamiento de instalaciones y procesos. La seguridad no puede considerarse como elemento separado y muy rara vez se refiere a áreas o componentes específicos de una instalación. Todo lo contrario: la seguridad se ha convertido en un elemento importante del funcionamiento y análisis de costes general de una instalación. Los tiempos de parada y de revisión desempeñan una función cada vez más importante en la evaluación del ciclo de vida completo de la maquinaria.

De todos estos requerimientos nace la demanda de seguridad dinámica, es decir, una adaptación flexible de las funciones de seguridad a requisitos de protección cambiantes. Como consecuencia, cambia también la forma de interpretar la seguridad como tal, que se entiende más como una función que abarca varios dispositivos que como un producto.

Las normativas y Directivas forman el marco

El marco de las soluciones de ingeniería de seguridad lo ponen las leyes y normas vigentes. En la Unión Europea, la Directiva de Máquinas es el referente en el que ha de orientarse la seguridad funcional de las máquinas y las instalaciones. Dentro de la Directiva de Máquinas son especialmente relevantes las normativas EN 62061 (Seguridad de las máquinas. Seguridad funcional de sistemas de mando eléctricos, electrónicos y electrónicos programables relativos a la seguridad) y EN ISO 13849-1 (Seguridad de las máquinas. Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad). En comparación con la predecesora EN 954-1, la nueva norma proporciona una orientación más concreta sobre la implementación de la seguridad y es, por tanto, un requisito importante para implantar una seguridad dinámica.

Uno de los ejemplos es el modo "Funcionamiento con puerta protectora abierta", que estaba basado en la EN 954-1 pero no se había definido. Hasta la fecha, el selector de modos de funcionamiento pertinente se ejecutaba como interruptor de llave separado, a menudo sin ningún tipo de función de seguridad. Las especificaciones correspondientes al funcionamiento seguro de un selector de modos de funcionamiento se describen ahora en las normas tipo "C" apoyadas en la Directiva de Máquinas 2006/42/CE y las normas EN ISO 12100-2 ("Seguridad de las máquinas. Principios generales para el diseño. Evaluación del riesgo y reducción del riesgo") y EN 60204-1 (Seguridad de las máquinas. Equipo eléctrico de las máquinas. Parte 1: Requisitos generales"). Las definiciones contenidas permiten nuevas modalidades, como la "Velocidad reducida segura con puerta protectora abierta". En el "Modo de ajuste", la supervisión segura de la velocidad evita ahora tiempos de parada y de nueva puesta en marcha innecesarios.

Escala graduada para necesidades de ingeniería de seguridad

El conocimiento exacto de lo que la normativa autoriza y lo que es técnicamente realizable es la base de un diseño de ingeniería de seguridad que proporcione el mayor potencial posible para la explotación productiva de la maquinaria. Conforme a lo especificado en las nuevas normativas EN 13849-1 y IEC 62061, se precisa el análisis y la evaluación matemática de los valores característicos individuales de las soluciones de técnica de seguridad a lo largo de la cadena de procesamiento completa, desde los sensores al control y los accionadores. En ocasiones, esto exige estados de varios niveles o resultados de cálculos complejos que precisan una respuesta proporcional de los dispositivos de seguridad. Como consecuencia, es cada vez más difícil solucionar las tareas de automatización mediante procedimientos clásicos.

Sensores con perspectiva

Muchos sensores de seguridad funcionan según un modelo binario fijo: el sensor detecta cuando se abre una puerta protectora y envía una señal de desconexión al control seguro de la máquina. Los conceptos de seguridad dinámica exigen que los sensores analicen los eventos de forma claramente escalonada y puedan diferenciar, por ejemplo, si hay una persona en el posible radio de acción de un peligro (espacio de advertencia) o si la persona ha entrado ya en una zona con requisitos de seguridad altos (espacio de protección). Estos espacios han de poder adaptarse dinámicamente y realizar, por ejemplo, un seguimiento de los movimientos de la máquina o de un robot.

Recientes procedimientos basados en cámaras permiten la supervisión tridimensional segura de campos y espacios de protección: el sistema de cámaras seguro SafetyEYE para la supervisión de espacios o el sistema de protección basado en cámaras de movimiento síncrono PSENvip para prensas plegadoras son dos ejemplos. Estos sistemas de sensores interactúan a través de canales de comunicación con la función de evaluación y garantizan de este modo una productividad óptima de la instalación.

Mediante un análisis global de todas las funciones de seguridad relacionadas con la máquina "prensa plegadora" pueden utilizarse los datos de posición seguros para adaptar selectivamente las zonas de protección del sensor a las demandas de protección actuales del operador o de la máquina o a la información sobre la posición. La integración de esta función en el conjunto hace posible un "muting dinámico" y el consiguiente aumento de la productividad de la máquina.

Los sistemas de sensores electrónicos actuales tienen un rendimiento considerablemente más alto y proporcionan mucha más información que una señal de conmutación exclusivamente binaria. La cantidad y calidad de la información son un requisito indispensable para poder diseñar funciones de seguridad dinámicas. En SafetyEYE, por ejemplo, la información sobre las zonas llega en forma de espacios tridimensionales seguros que la aplicación reduce a señales de interface binarias estandarizadas. En adelante, la técnica de accionamiento segura ha de poder evaluar directamente esta información sobre los espacios. De esta forma, el conjunto de accionamientos podrá anticipar prácticamente la secuencia de movimientos correspondiente a la información del espacio multidimensional.

Control para Seguridad y Estándar

Hoy día se utilizan sistemas programables de seguridad cuyo funcionamiento puede configurarse mediante software. En comparación con los relés de seguridad, con alcance de funciones fijo, ofrecen claramente más flexibilidad. Para asegurar la claridad y sencillez de los programas, se limitó el registro de comandos y el número de editores disponibles en la mayoría de sistemas. Esto no es problemático en tanto las máquinas y las instalaciones ejecuten solo tareas de seguridad simples.

Sin embargo, la ingeniería de seguridad exige relaciones cada vez más complejas con los distintos elementos de la cadena de procesos. Los sistemas programables de seguridad han de registrar, procesar y transmitir de forma segura magnitudes de medición complejas como, por ejemplo, consignas de revoluciones. Esto afecta a la conexión entre el sensor y el accionador utilizado y supone nuevas exigencias sobre todo para las funciones lógicas del procesamiento.

La técnica de control segura ha transformado de raíz el universo de la automatización. Hoy día es un requisito importante para la seguridad, la disponibilidad y la productividad de la maquinaria. Si el desarrollo de los controles lógicos (autómatas) programables primero y los sistemas programables de seguridad después siguió un orden cronológico, la tendencia actual del mercado es unificar las áreas de Estándar y Seguridad en una sola solución de control. El sistema de automatización PSS 4000 de Pilz permite diseñar soluciones de automatización que cubren tareas estándar y de seguridad y que son además fáciles de manejar para el usuario. Uno de los más recientes desarrollos del sistema es el editor de programas para STL (Structured Text Language). Con PAS STL como nuevo miembro de la familia de editores IEC 61131-3, Pilz brinda la posibilidad de programar funciones de seguridad y estándar de forma completa y unificada sobre la misma base estandarizada. Por primera vez, es posible solucionar tareas de seguridad hasta SIL3 con el editor de STL.

Accionadores: suministro eléctrico seguro

Para evitar movimientos peligrosos, la fusión de la técnica de seguridad con los accionadores es un paso lógico. Actualmente, el control seguro de los movimientos es la combinación de una supervisión segura de movimientos, una separación segura del motor y la fuente de alimentación y una producción no segura de movimientos. Por cuestiones técnicas y económicas, la parte electrónica del accionamiento (servoamplificador y convertidor de frecuencia) ha seguido siendo un componente no seguro de la automatización. Por la seguridad velan componentes seguros adicionales que conmutan el accionamiento a un estado seguro sin energía en caso de fallo y que se encargan de la supervisión segura del movimiento del motor conectado. Ahora es posible integrar estos componentes seguros adicionales en el accionamiento. El sistema de Motion Control PMCprimo DriveP puede ampliarse con la tarjeta de seguridad PMCprotego S para obtener una solución completa para accionamiento, control y seguridad.

Ejemplo de una aplicación dinámica segura: al abrir una puerta protectora, el motor se frena de forma segura según una rampa definida y permanece parado con la regulación activa. Si existe la oportuna autorización y se activa un modo de funcionamiento seguro para el modo de ajuste, el motor marcha en modo de avance lento con velocidad reducida segura. La finalización de este modo de funcionamiento y el cierre de la puerta protectora reactivan la función de seguridad para todos los operadores de máquinas. En otras palabras: a la interrupción de la supervisión estática de un espacio de protección sigue la reanudación de la producción con número de pulsos reducido y movimientos supervisados seguros.

Los conceptos de seguridad dinámica coordinados favorecen reacciones de sistema flexibles: desde revoluciones reducidas seguras y la coordinación segura de sistemas multiaxiales al control de accionamiento orientado en la seguridad en función de la carga y el par. El acoplamiento seguro y de alto rendimiento de estos elementos garantiza que los ejes del accionamiento reaccionen a las señales de aviso de un rebase por exceso mediante la reducción segura de la velocidad, regulación segura de la posición o limitación segura del par.

Una perspectiva global proporciona ventajas

De la combinación de conocimientos sobre normativas, productos y aplicaciones nacen soluciones para sistemas de automatización segura con funciones que están coordinadas para que las diferentes subfunciones interactúen entre sí. El sistema de automatización PSS 4000 es un ejemplo de que los límites entre función de seguridad y de control son cada vez más difusos. Aunque los usuarios exigen muy pocas veces una separación unívoca, valoran especialmente la ausencia de efectos retroactivos y una delimitación clara de los ámbitos de responsabilidad.

La seguridad es cada vez más parte integrante del funcionamiento general de máquinas e instalaciones y ha de incluirse desde el principio en todas las consideraciones. Después de todo, una técnica de control segura no es otra cosa que conferir seguridad a la propia función de control.

¿Qué efectos tiene esto en el desarrollo de la técnica de seguridad? Es evidente la necesidad de pensar en términos de sistemas. Para que las subfunciones interactúen óptimamente, no basta con añadir funciones posteriormente. El reto es integrar las funciones en el sistema completo.

Resumen

Los requisitos de la técnica de seguridad pasan por una etapa de transformación estructural: los procesos son cada vez más dinámicos y la creciente demanda de intervenciones controladas en el proceso y de expectativas de producción modifican los criterios de la técnica de seguridad. La estrategia actual basada en la desconexión segura por activación voluntaria de los dispositivos de seguridad o en caso de fallo tendrá menos partidarios en el futuro. Después de todo, la combinación segura de sensores, control y accionadores proporciona más libertad a la hora de planificar secuencias de proceso dinámicas y zonas de trabajo en las que personas y máquinas puedan interactuar y garantiza en todo momento y en cualquier modo de funcionamiento la seguridad del operador durante el ciclo de vida completo de la máquina.

Autor: Armin Glaser, director de Gestión de productos de Pilz GmbH & Co. KG

  • Computer & Automation (Germany) 4/2012


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