Garantizando la seguridad de variadores y máquinas: Controles de ingeniería y medidas de protección

Según una jerarquía de controles comúnmente consultada, la seguridad de las personas en el lugar de trabajo depende de varios tipos de medidas de protección. La más efectiva se clasifica como eliminación del peligro – obviamente. En el otro extremo está el uso de equipos de protección personal. A medio camino entre ambos está el campo de controles de ingeniería – el diseño o adaptación de maquinaria para aislar al trabajador del riesgo.

Esta categoría comprende una amplia variedad de ideas de ingeniería. Ascensores y plataformas ayudan a mantener a la gente de caer (o de que les caigan encima). Partes sacrificiales como fusibles o discos de ruptura están diseñados para proteger máquinas fallando bajo estrés. Sistemas de ventilación aseguran atmósferas limpias y seguras para respirar.

Sistemas de seguridad de máquinas en manufactura

Máquinas con partes de movimiento rápido, como volantes, correas de transmisión y aspas de ventilador, representan un peligro particular, y, donde son factibles, guardas para prevenir contacto con partes del cuerpo son un requisito legal. Estas guardas van desde capuchas y protectores fabricados apropiadamente hasta, en el caso de robots y otras máquinas mayores, jaulas perimetrales de alambre.

Donde se requiere intervención humana en el equipo para realizar inspección o reparación, es esencial que la maquinaria peligrosa sea desactivada y mantenida segura y apagada. Varios dispositivos se usan tradicionalmente para llevar a cabo este procedimiento. Lo más común, los interbloqueos eléctricos conectados a puertas de acceso desactivan automáticamente la maquinaria cuando las puertas se abren.

Barras y cortinas de luz realizan la misma función para máquinas menores o donde jaulas de malla serían inapropiadas. (El circuito eléctrico se interrumpe cuando una persona rompe un campo de luz proyectado entre dos puntos.) Alfombras de presión son otro dispositivo de detección de presencia usado frecuentemente.

Un sistema de seguridad convencional opera mediante una serie de componentes electromecánicos cableados: interruptores, relés, contactores, codificadores, etc. Cada vez más, sin embargo, los controles de seguridad promulgados por estos dispositivos externos se están integrando en la programación de variadores de velocidad.

Los sistemas de seguridad basados en variadores son menos complicados y lentos de instalar que sus predecesores no digitales. Evitan las estructuras electrónicas adicionales requeridas por mecanismos a prueba de fallos tradicionales y son menos vulnerables a fallos de piezas. Con procedimientos de reinicio más simples y rápidos, además, el tiempo de inactividad costoso puede minimizarse.

Sistemas de seguridad basados en variadores en máquinas de manufactura

Como todos los aspectos de la ingeniería de máquinas, las funciones de seguridad basadas en variadores deben operar a un cierto nivel de fiabilidad. Estándares ideados por cuerpos como la Comisión Electrotécnica Internacional informan legislación producida por la Unión Europea y otras autoridades globales. Para cumplir los criterios de seguridad requeridos por la Directiva de Máquinas UE 2006/42/CE, la seguridad funcional de variadores de velocidad debe concordar con la norma de producto EN/IEC 61800-5-2.

Las medidas de seguridad que un sistema basado en variador puede aportar a las operaciones cubren una gama de respuestas a peligros. La función fundamental, y la más usada, es la señal Safe Torque Off (STO - Par de Seguridad Apagado). Esta simplemente corta el suministro de energía generadora de par al motor. Qué tan rápido se detiene la máquina dependerá de la carga o fricción, y está garantizado contra reinicio inesperado.

Donde la acción mecánica debe detenerse de forma controlada, la función Safe Stop 1 (SS1 - Parada Segura 1) instruye al variador a reducir la velocidad rápidamente hasta parada antes de activar STO automáticamente. Esto se adapta a los requisitos de parada de emergencia de equipos giratorios pesados como sierras, rectificadoras y laminadores.

Safe Stop 2 (SS2 - Parada Segura 2) funciona de la misma manera excepto que, tras el frenado, el motor se mantiene en un Estado de Operación Seguro. Usar esta función para mantener el par completo disponible del motor puede ser necesario para mantener partes de equipo estables que de otra forma caerían fuera de posición.

En el caso de maquinaria como grúas y polipastos que manejan cargas muy pesadas, un Safe Brake Control (SBC - Control de Freno Seguro) se usa para activar un freno de retención mecánico al mismo tiempo que el variador principal es desactivado por la señal STO.

Gracias a la función Safely-Limited Speed (SLS - Velocidad Limitada Segura), la maquinaria puede hacerse funcionar por debajo de un límite especificado. Según lo monitorizado por el variador, una velocidad que exceda ese límite activará automáticamente una parada de emergencia a través de una señal STO o SS1.

La función SLS es particularmente útil en la configuración y mantenimiento de equipos donde, por ejemplo, cables necesitan ser alimentados manualmente sobre ruedas o tambores giratorios. También es generalmente una forma de minimizar pérdida de trabajo. En lugar de apagar una máquina completamente cuando un operador está cerca del equipo, puede usarse para proceder con producción a una tasa reducida y segura hasta que el operador entre en una zona de peligro específico (en cuyo punto se corta la energía).

Y como caídas bruscas, así como picos de potencia, pueden causar que algunas máquinas se comporten peligrosamente, un límite de velocidad inferior puede programarse junto con un superior mediante la función Safe Speed Range (SSR - Rango de Velocidad Seguro).

Tener esta gama de controles de seguridad disponibles, individualmente o en combinación a través de módulos enchufables y de bus de campo, da al diseñador de automatización significativamente más flexibilidad y libertad que antes. Y con información de estado disponible en la interfaz del variador, el operador tiene una visión general fiable del sistema que se extiende a diagnósticos oportunos y precisos.

Su carácter inteligente y adaptable significa finalmente que un sistema de seguridad basado en variador es tan capaz de prevenir peligros mecánicos como de responder a ellos. Los consiguientes beneficios para el lugar de trabajo, no solo en términos de seguridad sino en los de optimización de diseño y mejora de eficiencia general, lo convierten en un componente natural de la industria automatizada.