Mejore la seguridad y aumente la disponibilidad en las fábricas de la Industria 4.0

Al diseñar líneas de producción de Industria 4.0, la seguridad es imprescindible. Por ejemplo, a menudo se exige que los subsistemas como motores y accionamientos cumplan el nivel de integridad de la seguridad (SIL) 2 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) 62061 y el nivel de rendimiento (PL) c de la Organización Internacional de Normalización (ISO) 13849-1. Para cumplir estos requisitos, generalmente se pueden utilizar contactores para conectar y desconectar motores de forma segura. Para motores pequeños de menos de 55 kilovatios (kW), los contactores estándar pueden ser una solución sencilla y rentable.

Como muchos de nosotros hemos descubierto, el cumplimiento de los requisitos de seguridad IEC e ISO para motores de mayor potencia resulta más complejo y costoso debido a la necesidad de dispositivos de acoplamiento entre el motor y los contactores estándar. La buena noticia es que existen contactores mejorados con dispositivos a prueba de fallos incorporados que pueden conectarse directamente a motores con potencias de 55 a 250 kW, lo que reduce el costo del sistema y el número de componentes y aumenta la fiabilidad.

Revisemos brevemente una arquitectura simplificada con contactores a prueba de fallos para motores de 55 a 250 kW utilizando como ejemplo los innovadores contactores de seguridad de Siemens. Concluiremos con una revisión de algunos de los desafíos asociados al uso de las normas de la Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) y de la Asociación Alemana de Construcción de Maquinaria e Instalaciones para cuantificar el rendimiento de los contactores de seguridad.

Simplificación con contactores de seguridad

Los contactores para potencias de hasta 55 kW pueden conectarse directamente a las salidas de los controladores a prueba de fallos y relés de seguridad para cumplir con los requisitos de las aplicaciones de seguridad. Las salidas de estos controladores a prueba de fallos y relés de seguridad suelen estar limitadas a 5 amperios (A) o menos a 24 voltios de corriente continua (VCC). Como no tienen la potencia necesaria para controlar contactores de alta potencia, se necesita un dispositivo de acoplamiento entre el controlador o el relé de seguridad, y un contactor estándar para aumentar la potencia del accionamiento. Estos dispositivos de acoplamiento aumentan el costo, la complejidad y el espacio.

Para solucionar este problema, Siemens ha desarrollado un enfoque innovador que utiliza contactores con una entrada de control a prueba de fallos, además de la bobina estándar del accionamiento. La entrada de control a prueba de fallos está diseñada para funcionar con una corriente de accionamiento de unos 5 miliamperios (mA) a 24 VCC, en comparación con los 5 A o más a 24 VCC que necesitan los contactores convencionales. Esto significa que puede accionar los contactores directamente desde los relés de seguridad y los controladores a prueba de fallos.

Aunque el contactor a prueba de fallos se controla mediante la entrada del control a prueba de fallos, la bobina del contactor está permanentemente conectada al voltaje de alimentación para garantizar un funcionamiento fiable (Figura 1).

Figura 1: Los contactores convencionales (izquierda) requieren dispositivos de acoplamiento (los dos recuadros azules de arriba a la derecha) que no son necesarios cuando se utilizan contactores a prueba de fallos (derecha). (Fuente de la imagen: Siemens)

Funcionamiento a prueba de fallos

Siemens ofrece una gama de innovadoras opciones de control modular Sirius, incluidos contactores con funcionamiento convencional CA/CC y funcionamiento de control a prueba de fallos integrado. El mecanismo de funcionamiento a prueba de fallos puede equiparse opcionalmente con una señal de vida útil restante (RLT) que indica el estado de desgaste de los contactos. Esto le permite realizar mantenimiento preventivo, lo que mejora aún más la fiabilidad y disponibilidad del sistema. El circuito RLT guarda la información sobre el desgaste de los contactos de cada uno de los tres contactos principales. El desgaste de los contactos se indica con LED, y se genera una salida de relé adicional cuando el RLT del contacto con mayor desgaste ha descendido al 20%.

Dado que pueden conectarse a la salida de un controlador a prueba de fallos, estos contactores se denominan contactores F-PLC-IN y pueden identificarse físicamente por el terminal marcado en amarillo o la cubierta de la bobina de la entrada del control a prueba de fallos (Figura 2).

Figura 2: Los contactores F-PLC-IN como el 3RT2037-1SF30 (izquierda) y el 3RT1056-6SF36 (derecha) pueden identificarse visualmente por el terminal amarillo o la cubierta de la bobina. (Fuente de la imagen: Siemens)

La seguridad en cifras

La hoja de normas 66413 de la VDMA reconoce cuatro tipos de dispositivos que puede utilizar para evaluaciones de seguridad:

• Los dispositivos de tipo 1 se desarrollan para utilizarse en funciones de seguridad como relés de seguridad y controladores lógicos programables (PLC) a prueba de fallos, y cumplen con requisitos SIL o PL específicos.
• Los dispositivos de tipo 2 no se desarrollan necesariamente para cumplir con requisitos de seguridad específicos, y se necesitan datos de aplicación para evaluar el funcionamiento seguro.
• Los dispositivos de tipo 3 incluyen componentes propensos al desgaste, como los contactores electromecánicos. No se desarrollan necesariamente para cumplir con requisitos de seguridad específicos y pueden requerir una evaluación de seguridad exhaustiva.
• Los dispositivos de tipo 4 se desarrollan para utilizarse en funciones de seguridad y no experimentan fallos aleatorios.

Los contactores Sirius F-PLC-IN tienen sistemas electrónicos integrados y no son componentes puramente electromecánicos, por lo que no se pueden clasificar como dispositivos de tipo 3. En su lugar, son dispositivos de tipo 1, cumplen con requisitos específicos SIL y PLC, y vienen con especificaciones completas relacionadas con la seguridad. Esto simplifica la tarea de cálculo de la integridad de la seguridad, en comparación con los contactores estándar (Tabla 1).

Tabla 1: Los contactores Sirius F-PLC-IN son dispositivos VDMA de tipo 1 y se suministran con datos detallados relativos a la seguridad. (Fuente de la imagen: Siemens)

Conclusión

Los contactores desempeñan un papel importante en los sistemas de automatización de la Industria 4.0, en los que los diseñadores deben cumplir con los requisitos de seguridad y fiabilidad IEC 62021 SIL 2 e ISO 13849-1 PL c, a la vez que trabajan para reducir costos. Como se describe, los contactores innovadores Sirius F-PLC-IN de Siemens le ayudan a cumplir con estos requisitos con menos componentes y con una complejidad reducida.

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