Guía Técnica: Seguridad Funcional en Maquinaria

Esta guía detalla los principios de diseño para sistemas de mando relativos a la seguridad, enfocándose en la arquitectura de doble canal y la selección de componentes.

1. La Seta de Emergencia y sus Contactos

¿Se pueden usar contactos comunes?

No. Para una función de parada de emergencia, los elementos deben ser específicos y cumplir con la normativa de seguridad.

• Seta Homologada: Debe cumplir con la norma ISO 13850. Visualmente debe ser roja sobre fondo amarillo y poseer una función de "enclavamiento".
• Contactos de Apertura Positiva: Deben cumplir con IEC 60947-5-1, Anexo K. Esto garantiza que la separación de los contactos es mecánica y forzada por el actuador, incluso si están soldados.

• Comparativa Técnica (ZBE102 vs ZBE1026P):
  • Aunque un contacto como el ZBE102 (estándar) cumpla con la apertura positiva, existen variantes como el ZBE1026P diseñadas para entornos específicos (ambientes polvorientos, baja corriente con contactos chapados en oro).
  • Conclusión: Se puede utilizar un contacto NC común siempre que la hoja de características certifique explícitamente el cumplimiento de la IEC 60947-5-1 Anexo K y se use dentro de sus parámetros eléctricos.

2. Arquitectura de Doble Canal y Redundancia

Para alcanzar niveles de seguridad elevados (PL d o PL e según ISO 13849-1), se utiliza el Doble Canal:

1.  Redundancia: Si un canal falla, el segundo canal realiza la función de parada.
2.  Monitoreo (Discrepancia): El relé de seguridad bloquea el sistema si detecta que un canal no ha cambiado de estado coherentemente.

Análisis de Circuitos: Opción A vs Opción B

Basado en la representación de los canales CH1 y CH2 monitorizados por un relé de seguridad frente a dos contactores (K1 y K2):

Circuito A: Contactos Cruzados (Redundancia en Serie por Canal)

En este esquema, cada canal (CH1 y CH2) pasa por un contacto NC de ambos contactores ($K1$ y $K2$).

• Seguridad: Es la opción MÁS SEGURA.
• Detección de Fallos: Si el polo de potencia de K1 se suelda, ambos canales (CH1 y CH2) detectarán la apertura de sus respectivos contactos espejo de K1. Esto duplica la capacidad del relé de seguridad para detectar la discrepancia.
• Estabilidad frente a Tiempos de Respuesta: Al estar en serie, el relé de seguridad recibe la señal de "estado seguro" solo cuando ambos contactores han caído. Esto ayuda a filtrar pequeñas diferencias de milisegundos en la apertura mecánica de K1 y K2.
• Normativa: Cumple sobradamente para Categoría 4 / PL e. Garantiza que un fallo en cualquier contactor interrumpa la lógica de ambos hilos de seguridad.

Circuito B: Contactos Independientes (Canal Dedicado)

Aquí, el canal CH1 solo monitoriza a K1 y el canal CH2 solo monitoriza a K2.

• Seguridad: Es MENOS SEGURA que la A, aunque aceptable.
• Problema de Discrepancia Temporal: Los contactores nunca tienen una velocidad de activación idéntica. Si el tiempo de discrepancia configurado en el relé de seguridad es muy bajo, el circuito B fallará con frecuencia:
  • Velocidad de activación: Si K1 es ligeramente más rápido que K2, el canal CH1 cambiará de estado antes que CH2. Si esa diferencia supera el umbral del relé (ej. 100ms), el relé entrará en fallo por discrepancia.
  • Activación asíncrona: Si la lógica de mando activa un contactor momentos antes que el otro, el Circuito B expondrá este desfase directamente al relé de seguridad, bloqueando la máquina innecesariamente.
• Peligro de Fallo: Si un canal tiene un problema de cableado o ruido, y casualmente el contactor de ese canal se suelda, el relé de seguridad solo tiene una vía de detección. En arquitecturas muy críticas, se prefiere la opción A para evitar que un fallo de cableado en un canal "ciegue" la monitorización de un componente.
• Normativa: Puede cumplir para Categoría 3 / PL d, pero no aprovecha toda la capacidad de diagnóstico del sistema.

Veredicto: Utiliza siempre el Circuito A. Es la mejor práctica industrial porque maximiza la Cobertura de Diagnóstico (DC).

3. Uso de Contactores Convencionales y Relés

El uso de componentes convencionales está permitido bajo estrictas condiciones de diseño y certificación.

¿Por qué dos contactores y no uno?

Se utilizan dos en serie por el Principio de Tolerancia a Fallos. Si un polo de potencia se suelda, el otro contactor asegura el corte.

Requisitos de Certificación

Para que un contactor convencional sea apto para seguridad, debe cumplir:

• Contactos Espejo: Según IEC 60947-4-1, Anexo F (ej. Schneider LC1D1211). Asegura que los contactos auxiliares NC y los de potencia NO nunca coincidan cerrados.
• Contactos Ligados Mecánicamente: Según IEC 60947-5-1, Anexo L (ej. Relé de control CAD32). Es el equivalente para bloques de mando y maniobra.

Componentes NO APTOS para Doble Canal

Dispositivos que no garantizan la detección de contactos soldados:

• Relés Enchufables/Miniatura: Series RXM, RUM, Finder 55. Sus contactos no están trabados mecánicamente; si uno se suelda, el NC puede seguir moviéndose, engañando al relé de seguridad.
• Relés Slim e Interface: Series RSL o similares de 6mm.
• Contactores Modulares: Muchos modelos domésticos carecen de contactos espejo certificados.

4. El Bypass o Intercambio de Seguridad

Para realizar una anulación temporal según ISO 14119, no se debe usar un selector estándar.

• Selector de Llave con Retención: (Ej. Schneider ZB4BG2). La llave solo debe poder extraerse en posición de "Seguridad Activa".
• Sistemas de Transferencia de Llaves: (Trapped Key) Secuencia física obligatoria para acceder a zonas de riesgo. Estos sistemas son muy interesantes y le dedicaré una publicación solo para ellos.
• Sistemas RFID/Electrónicos: (Ej. Euchner EKS) Identificación única del personal autorizado.
• Reglas de Oro:
  1. Indicación visual clara (luz ámbar/blanca).
  2. Activación de modos de marcha segura (hombre muerto/velocidad reducida)..

5. Lógica de Activación y Envejecimiento Prematuro

¿Es correcto usar la señal de seguridad para la maniobra cíclica?

No. La señal de seguridad debe ser una habilitación permanente.

1. Principio Fail-Safe: La seguridad debe estar activa (24V) para permitir el movimiento. Al pulsar la seta, se quita la energía (0V).
2. Problema del Envejecimiento (MTTFd): Si el componente de seguridad (contactor o válvula) actúa en cada ciclo de producción, su vida útil se agota rápidamente.
3. Degradación del PL: El Performance Level (PL) depende del parámetro MTTFd (Tiempo medio hasta un fallo peligroso).
   • Si aumentas las operaciones anuales, el MTTFd disminuye drásticamente.
   • Un diseño que parece PL e puede degradarse a PL c o inferior debido al desgaste excesivo por uso en maniobra.
4. Solución: Separar la Maniobra (alta frecuencia, componentes estándar) de la Seguridad (baja frecuencia, componentes certificados que solo actúan en emergencia).

MTTFd (Mean Time To Dangerous Failure) es el Tiempo Medio hasta un Fallo Peligroso.

6. Fundamentos Normativos (Citas Textuales)

Elemento	Norma y Apartado	Concepto Clave
Parada Emergencia	ISO 13850:2015, 4.1.1	Debe estar operativa en todo momento y prevalecer sobre otras funciones.
Contactos Seta	IEC 60947-5-1, Anexo K	Maniobra de Apertura Positiva mediante elementos no elásticos.
Contactores	IEC 60947-4-1, Anexo F	Contactos Espejo para monitoreo de retroalimentación (Feedback).
Relés de Mando	IEC 60947-5-1, Anexo L	Contactos ligados mecánicamente para lógica de seguridad.
Bypass	ISO 14119	Prevención de la elusión y gestión de modos de funcionamiento.
Hidráulica	ISO 4413	Seguridad en sistemas de fluidos y retención de carga.

Conclusión Técnica:

El diseño de un sistema de seguridad no termina en el esquema eléctrico. Hay que eleguir los componetes adecuadas para cada aplicación, es vital realizar el cálculo del MTTFd basado en el número de maniobras reales para asegurar que la máquina mantenga su nivel de protección durante toda su vida útil.

¿Qué te ha parecido esta guía técnica, te ha sido útil?,  ¡Déjanos tus comentarios!

👉 ¡Suscríbete al blog de OneDoor y activa las notificaciones para no perderte ninguna formación técnica!