Aumento de la seguridad funcional con módulos de relé

La seguridad funcional es crucial para los sistemas industriales actuales, ya que garantiza el funcionamiento seguro de la maquinaria y los procesos incluso ante errores o fallos de funcionamiento. Los módulos de relé desempeñan un papel clave para garantizar la seguridad funcional al ofrecer un mecanismo fiable para regular los circuitos eléctricos. Este artículo, centrado en la familia de productos SAFESERIES de Weidmüller, examina la importancia de los módulos de relé en el contexto de la seguridad funcional, destacando sus características esenciales y proporcionando directrices para una selección y utilización óptimas.

Satisfacer las necesidades de seguridad funcional

Los relés electromecánicos se utilizan habitualmente para controlar circuitos eléctricos de alta potencia con señales de baja potencia. Funcionan como interruptores, permitiendo o impidiendo el paso de la corriente en función del estado de una señal de entrada. Los módulos de relé se utilizan en aplicaciones de seguridad funcional para garantizar que las funciones de seguridad críticas se lleven a cabo de forma fiable y se minimicen los riesgos potenciales. Algunos de los aspectos más importantes de los módulos de relé en seguridad funcional son los siguientes:

• Redundancia: La redundancia es uno de los principios fundamentales de la seguridad funcional, que exige que varios componentes independientes realicen la misma función crítica para la seguridad. Los módulos de relé suelen estar configurados de forma redundante para garantizar que un sistema pueda seguir funcionando con seguridad aunque falle un relé.
• Diseño a prueba de fallos: Los módulos de relé suelen estar diseñados para funcionar en un estado seguro; si un relé falla o pierde potencia, pasará por defecto a un estado que garantice la seguridad del sistema. Por ejemplo, un relé averiado en un circuito que regula la parada de emergencia de una máquina debería provocar una parada inmediata.
• Diagnóstico y supervisión: Integradas en módulos de relé avanzados, estas capacidades permiten al sistema detectar defectos o fallos de funcionamiento en el relé e iniciar las respuestas adecuadas, como alarmas de fallo o conmutación a un relé redundante.
• Fiabilidad y resistencia: Los módulos de relé son conocidos por su durabilidad y fiabilidad. Pueden soportar condiciones ambientales extremas, fluctuaciones de temperatura y tensiones mecánicas, lo que las hace adecuadas para su uso en entornos industriales exigentes.
• Baja latencia: En aplicaciones críticas para la seguridad, el tiempo de respuesta es de suma importancia. En aplicaciones donde se requieren tiempos de respuesta rápidos para garantizar la seguridad del personal y de los equipos, se prefieren los módulos de relé.

Al implementar módulos de relé en aplicaciones de seguridad funcional, deben tenerse en cuenta varias consideraciones, empezando por el cumplimiento de las normas. Esto garantiza que los módulos de relé utilizados en aplicaciones de seguridad funcional cumplen las normas y certificaciones de seguridad pertinentes.

El Comité Europeo de Normalización Electrotécnica (CENELEC) ha desarrollado la serie EN 61810, que se centra en los relés electromecánicos elementales. La serie comprende varias normas, cada una de ellas adaptada a variedades de relés y aplicaciones específicas. La norma EN 61810-3 es una de ellas, y su variante de tipo A reviste especial importancia.

Relés de seguridad

La norma EN 61810-3 Tipo A se aplica a los relés elementales que incorporan técnicas específicas de diseño y construcción para garantizar que los contactos normalmente abiertos (NO) no puedan adoptar la misma posición que los contactos normalmente cerrados (NC). Estos relés, fabricados específicamente con contactos guiados por la fuerza para cumplir la norma, tienen la capacidad de emplearse en sistemas de control de seguridad autocontrolados.

Los contactos guiados por la fuerza están unidos mecánicamente para garantizar que los contactos de apertura NC y los contactos de cierre NO nunca se cierren simultáneamente en presencia de, por ejemplo, una microsoldadura de los contactos causada por la formación de un arco ("adherencia del relé").

En la figura 1 se muestra un ejemplo práctico de este mecanismo de seguridad, referido a un módulo de relé de seguridad Weidmüller con 3 contactos NA y 1 contacto NC. Como se ve en la Imagen, todos los polos están unidos mecánicamente mediante una barra, lo que impide su movimiento independiente.

Si el contacto NC está soldado, ninguno de los contactos NA puede cerrarse durante la excitación del relé. Del mismo modo, si alguno de los contactos NA está soldado, durante la desexcitación del relé, el contacto NC no puede cerrarse. En combinación con un circuito especial, se detectan las averías en la apertura. Es la forma más fiable de garantizar la máxima seguridad de las personas y las máquinas.

Figura 1: Esquema de un módulo de relé de seguridad Weidmüller. (Fuente: Weidmüller)

Los relés de seguridad permiten implementar de forma fiable funciones de seguridad en máquinas y sistemas para supervisar señales de botones de parada de emergencia, cortinas fotoeléctricas, interruptores de puertas de seguridad, etc. Se necesita una respuesta rápida en caso de emergencia en una planta. El protocolo "energizado a seguro" (ETS) debe utilizarse para encender sirenas, luces de advertencia o sistemas de refrigeración, mientras que el procedimiento "desenergizado a seguro" (DTS) debe seguirse para apagar motores o válvulas de parada de emergencia. La activación y desactivación de aplicaciones relacionadas con la seguridad conforme a IEC62061 y SIL 3 están garantizadas mediante relés con contactos redundantes.

Tras un uso repetido, los contactos metálicos de un relé de conmutación que no cumpla las normas de seguridad pueden soldarse. Aunque el operador pulse el botón de parada de emergencia, la máquina seguirá funcionando en modo inseguro. Existe riesgo tanto para el operador como para la máquina. Los relés que no están certificados como seguros no pueden utilizarse en máquinas o instalaciones potencialmente peligrosas, tal y como exigen los requisitos de seguridad nacionales e internacionales.

Debido a su mayor seguridad y fiabilidad, los relés con contactos de apertura positiva están ganando popularidad. Los módulos de relé con contactos de apertura positiva emplean circuitos y mecanismos redundantes como tecnología principal. Estas características redundantes están diseñadas para garantizar que el relé permanezca en condiciones seguras incluso si falla el circuito de control o el propio relé. Esta redundancia es esencial para aplicaciones en las que la seguridad y la fiabilidad son importantes.

Las Características de fiabilidad y seguridad de estos módulos de relé los hacen adecuados para una gran variedad de Aplicaciones, tales como:

• Automatización industrial
• Dispositivos médicos
• Generación y distribución de electricidad
• Telecomunicaciones
• Transporte

En este tipo de relés, con los contactos principales y auxiliares conectados mecánicamente, la posición de los auxiliares puede utilizarse para determinar la posición de los contactos principales en el circuito de potencia. Por lo tanto, es posible determinar si el contactor ha permanecido cerrado (debido a la adherencia de los contactos) aunque su bobina se haya desexcitado. Si un contacto de polo de potencia está soldado, la conexión mecánica impide que el contacto auxiliar abierto se cierre cuando la bobina se desexcite.

Módulos de relé SAFESERIES de Weidmüller

En el campo de la ingeniería eléctrica, la seguridad y la fiabilidad son de la máxima importancia. Esta dedicación a la precisión y la fiabilidad ha dado lugar a la creación de componentes avanzados como los módulos de relé enchufables de Weidmüller que incorporan contactos de accionamiento positivo. Estos innovadores módulos de relé representan un importante avance tecnológico y ofrecen una mayor seguridad, eficacia y flexibilidad en un amplio rango de/una amplia gama de aplicaciones.

El núcleo de estos módulos de relé es una tecnología que garantiza el accionamiento positivo de los contactos, es decir, la transición entre los estados abierto y cerrado de forma controlada y fiable. Este mecanismo excluye la posibilidad de un funcionamiento involuntario de los contactos, independientemente de los fallos del relé o del circuito de control. Por consiguiente, el relé resultante da prioridad a la seguridad sin sacrificar el rendimiento.

La extensión de contacto SAFESERIES de Weidmüller cumple con la norma EN 61810-3 Tipo A, que consiste en relés que tienen contactos guiados por la fuerza. Por ello, son especialmente adecuados para la supervisión de señales en aplicaciones relacionadas con la seguridad de las personas y las máquinas.

La SAFESERIES se compone de cuatro relés enchufables independientes con sus correspondientes zócalos roscados en las siguientes versiones de contacto:

• 2 NO + 2 NC
• 3 NO + 1 NC
• 4 NO + 2 NC
• 3 NO + 3 NC

Alcanzar el máximo nivel de rendimiento de PL "e" para una aplicación es posible si ésta se ha diseñado de acuerdo con la norma EN/ISO 13849-1. El componente fundamental también puede utilizarse para aplicaciones de seguridad conforme a la norma IEC/EN 62061, que permite alcanzar niveles SIL 3 de integridad de la seguridad.

La figura 2 muestra el módulo de relé de seguridad 2759070000 de Weidmüller incluido en un ensamble adecuado para aplicaciones en riel DIN. TI es un relé de propósito general de 4 posiciones con 3 contactos NA y 1 contacto NC con una bobina de 24 V_CC ±10%. El dispositivo puede activarse aplicando una corriente CC de 20 mA a la bobina con una tensión de conmutación nominal de 250 V_CA y contactos laminados en oro AgSnO para una corriente continua de 6 A. En el lado de carga, la tensión máxima de conmutación es de 400 V_CA y 250 V_CC. Como se muestra en el diagrama de la Figura 1, el relé integra un indicador de estado (LED verde) y un diodo libre para protección. El retardo de conexión y desconexión es inferior a 20 ms, y la vida útil del dispositivo es de 10 x10⁶ ciclos de conmutación.

Figura 2: Módulo de relé 2759070000 SAFESERIES de Weidmüller. (Fuente: DigiKey)

Otro producto de la SAFESERIES, el relé industrial en miniatura 2759030000, se muestra en la figura 3. Características: 3 contactos normalmente cerrados (NO) y 1 contacto abierto (NC), este relé con contactos guiados por la fuerza es adecuado para aplicaciones de propósito general y tiene montaje de orificio pasante.

Figura 3: Módulo de relé 2759030000 SAFESERIES de Weidmüller. (Fuente: DigiKey)

Conclusión:

Los módulos de relé son componentes esenciales de los sistemas de seguridad funcional, ya que garantizan un control fiable y desempeñan funciones esenciales. Por su robustez, diseño a prueba de fallos y compatibilidad con la redundancia, se seleccionan con frecuencia para su uso en aplicaciones en las que se requiere el máximo nivel de seguridad. Los módulos de relé contribuyen sustancialmente a la seguridad y fiabilidad generales de los sistemas industriales y de automoción cuando se utilizan adecuadamente y de conformidad con las normas aplicables. Los módulos de relé siguen desarrollándose y creciendo junto con los avances tecnológicos, añadiendo características cada vez más complejas para satisfacer los requisitos cada vez mayores de la seguridad funcional.