Diagnóstico y Monitoreo para Elementos del Control en Sistemas de Seguridad

lng. Herbert A. Espinoza y Óscar Marín
InTech México Automatización,
Edición Abril  – Julio 2013.

Un dispositivo de supervisión para este tipo de sistemas puede tratarse de un simple relé o regulador de una sola función, ya sea de inspección o parada de emergencia, hasta un avanzado controlador que realice las tareas de múltiples relés de seguridad.

INTRODUCCIÓN

Estudios recientes indican que 90 por ciento de los errores en máquinas ocurren a raíz del funcionamiento anormal de los componentes internos; no obstante, el mantenimiento correctivo del equipo es una práctica costosa, que implica incluso paradas no programadas, y los daños provocados por las fallas generalmente toman más tiempo del normal para su compostura.

Es así que las actuales exigencias consideran cada vez más necesaria la utilización de sistemas de monitoreo y detección de fallas, de tal modo que no se interrumpa la producción por lapsos de tiempo prolongados.

En este sentido, la detección y diagnóstico exige el empleo de equipos adecuados, por lo que existe una variedad de dispositivos que pueden ser empleados para recolectar datos de proceso. Entre los parámetros más comunes a medir se resaltan los siguientes: tensión, corriente, velocidad, posición, temperatura  externa e interna y vibración.

Lo que es un hecho es que cuanto más sean los parámetros monitoreados, mayor será la información que puede extraer­ se para tomar las mejores decisiones en un paro programado o no; sin embargo, existen algunos inconvenientes relacionados con la cantidad y tipos de elementos de diagnóstico y supervisión, entre los que pueden destacarse: costos, dificultad en la instalación y fallos en los mismos.

La misión de las máquinas y las instalaciones es producir de forma eficiente, económica y sin interrupciones. Es por ello que el valor de un diagnóstico acertado y accesible cuando el equipo se ha detenido de forma imprevista, es imprescindible. Los fabricantes necesitan una programación sencilla que requiera poco trabajo y por su parte los operadores agradecen instrucciones claras e inequívocas para subsanar eficazmente los fallos.

NECESIDADES EN LA INDUSTRIA

HMI’s; dispositivo de diagnóstico para los sistemas de control programables.

Existen equipos que ofrecen todo el paquete de funciones del concepto de diagnóstico. Si para una máquina la causa del fallo se emite en el display, en forma de mensajes de texto explicativo, en donde se proporciona al operador consejos sobre cómo reanudar la marcha de ésta en poco tiempo, desaparece la laboriosa búsqueda del error y se obtiene la solución más adecuada sin moverse de la máquina. Los dispositivos de diagnóstico ofrecen reducir aproximadamente 50 por ciento el tiempo invertido en la eliminación del error.

¿QUÉ OFRECE EL MERCADO ACTUAL?

Los proveedores ofrecen dispositivos de supervisión electrónicos, de tensión o potencia activa; y los sistemas de gestión complejos que se encargan del conjunto de movimientos de numerosos servo ejes físicamente separados.

Para la supervisión de parada de emergencia, puertas protectoras, cortinas/rejas fotoeléctricas de seguridad, mandos o dos monos y sistemas modulares, existen soluciones rentables para cubrir desde cuatro funciones, hasta instalaciones complejos y ramificadas, las cuales utilizan sistemas de control programables con interconexión descentralizado mediante de buses.

SENSORES MAGNÉTICOS DE PROXIMIDAD

Los interruptores de este tipo supervisan la posición de dispositivos de protección móviles. Existen sistemas que se utilizan en aplicaciones en las que la normatividad internacional en seguridad en maquinaria exige un nivel de desempeño de seguridad alta, cuando se genera mucha suciedad o si hay que cumplir la reglamentación de higiene estrictamente rigurosa. También se usan en aplicaciones que plantean problemas para un guiado preciso de puertas, que las someten a fuertes vibraciones y que requieren tolerancias altas de arranque.

SISTEMA DE PROTECCIÓN DE PUERTAS

Todas las funciones en una sola herramienta es lo que ofrece el sistema de seguridad para la supervisión de puertas protectoras, una combinación de electrónica y mecánica que permite conseguir la máxima categoría con un único dispositivo. Así, brinda el bloqueo seguro con desbloqueo de alineación/auxiliar y pulsador de parada de emergencia, de petición y de acuse como funciones adicionales.

La parada de emergencia integrada en los sistemas de seguridad para la supervisión de puertas, permite prescindir de entradas; además, el sistema de protección se amplía cómodamente gracias a un pulsador de validación opcional.

RELÉS DE SEGURIDAD

Con los dispositivos de seguridad compactos y de bajo costo se alcanzan cuotas máximas de rentabilidad. Mediante carcasas especialmente estrechas y numerosas funciones comprimidas en cada sistema, existen equipos que ofrecen funcionalidad en un ancho de montaje mínimo. Ahora se puede realizar la técnica de seguridad, en menos espacio, de forma flexible, más rápido y, por tanto, de manera eficiente. Existen otros productos que combinan la experiencia de los dispositivos de seguridad electromecánicos con la excelencia de la electrónica moderna, y que permiten supervisar eficazmente desde una función de seguridad.

En este sentido, la ausencia de desgaste, la seguridad y una larga vida útil garantizan un funcionamiento rentable; además se puede reducir el volumen de cableado y vincular cómodamente mediante operadores lógicos.

AUTÓMATA PROGRAMABLE MODULAR

En el caso de sistemas de control modulares se supervisan funciones orientadas a la seguridad y que desempeñan tareas estándar: centralizadas, en máquinas individuales independientes; descentralizados en instalaciones encadenadas y físicamente ramificadas.

Las interfaces de comunicación con sistemas de bus de campo con el de bus seguro y con Ethernet facilitan la integración rápida en la secuencia de control completa de una instalación.

Además en la estructura de hardware modular se pueden configurar los componentes que se necesiten en función de los requisitos específicos de un proyecto. Estos sistemas tienen la ventaja de utilizar bastidores con fuente de alimentación integrada, además de una unidad central CPU, conexión a buses de seguridad, módulos de entradas/ salidas digitales y analógicas, para funciones orientadas a la seguridad.

Módulos de entradas/salidas digitales y analógicas, para funciones de control estándar. Módulos de comunicación para todos los buses de campo de seguridad.

BUSES DE CAMPO MULTI-PROTOCOLOS

¿Ya utiliza buses de campo y desea introducir y emitir datos de control relativos a la seguridad de forma descentralizada? Los buses de campo de seguridad son la solución perfecta en información crítica; por ejemplo, cuando una persona entra en la zona peligrosa de una máquina, esta información se debe transmitir sin restricciones de forma inmediata.

Es por ello que Ethernet, en tiempo real para la automatización completa, es una excelente opción. En el futuro se transmitirán todos los datos de control relevante, seguro y no seguro, mediante un único sistema, lo que permitirá interconectar máquinas completas e instalaciones, que se basan en el protocolo de comunicación llamado SafetyNet.

Para la comunicación a tiempo real en aplicaciones superdinámicas, por ejemplo, en instalaciones de llenado y embalaje, se utiliza la clase de velocidad RTFL (real time frame line) con tiempos de ciclo deterministas garantizados de 62.5 µs y menos. Para la comunicación en la clase de bus de campo y para la interconexión de células de producción individuales se utiliza la clase de velocidad RTFN con tiempos de procesamiento aproximados de 1 m, que se ha concebido para la conexión de muchos dispositivos participantes y para extensiones de red grandes.

LAS VENTAJAS A PRIMERA VISTA

Las redes seguras basadas en Ethernet para ambiente industrial ofrecen numerosas posibilidades al configurar casi cualquier topología de la red; los componentes de la infraestructura Ethernet engloban switches, cables y conectores, en tanto que los bus de seguridad tienen la función de conformar la infraestructura de las redes Ethernet. A su vez favorecen la creación de diferentes topologías y permiten aumentar la extensión y el rendimiento de las mismas.

¿QUÉ BUSCA LA INDUSTRIA EN UN SISTEMA DE DIAGNÓSTICO Y MONITOREO PARA SEGURIDAD?

  • Productos fiables de alta calidad y perfectamente coordinados.
  • Que cumplan con todas las normas, homologaciones locales e internacionales.
  • Ahorro en costos gracias a un montaje fácil y cómodo.
  • Proveedor fiable, con presencia en todo el mundo y con amplios conocimientos sobre seguridad.
  • Diseño funcional y robusto para una larga vida útil.

¿QUÉ VENTAJAS PODEMOS OBTENER DE UN SISTEMA DE MONITOREO EN ELEMENTOS DE CONTROL EN SISTEMAS DE SEGURIDAD?

  • Compactos, fáciles de manejar, restablecimiento rápido de máquinas e instalaciones mediante mensajes de texto explicativo, hardware de calidad y claridad de lectura.
  • Diseño ágil gracias a la pre-configuración de mensajes del sistema.

¿CON QUÉ ALTERNATIVAS CUENTA EL CLIENTE FINAL ANTE ESTA VENTAJA TECNOLÓGICA?

Como solución completa para el diagnóstico, HMI diag ofrece todo el paquete de funciones del concepto. Si se detiene una máquina, la causa del fallo se emite en el display en forma de mensajes de texto explicativo comprensible y proporciona al operador consejos sobre cómo reanudar la marcha de la máquina en poco tiempo.

Asimismo, desaparece la laboriosa búsqueda del error y se obtiene la solución más adecuada sin moverse de la máquina. El dispositivo de diagnóstico HMI diag reduce aproximadamente SO por ciento el tiempo invertido en la eliminación del error.

Con Sistemas visu es posible manejar proyectos de envergadura con diferentes controles lógicos programables (PLC), incluso de forma simultánea. El resultado es un alto grado de flexibilidad a la hora de seleccionar la tecnología de control de las instalaciones.

HMI open le brinda la posibilidad de utilizar su propio software de visualización o uno instalado en la empresa en terminales táctiles de alta calidad. La instalación se ha verificado para una selección de programas de visualización:

  • zenOn de COPA-DATA
  • Web Studio de InduSoft
  • Movicon de Progea

Funciona básicamente con cualquier software creado para Windows CE.net y el procesador Intel XScale. Con los dispositivos se incluye un “System Developer Kit” (SDK) (juego de desarrollo del sistema).

TENDENCIA TECNOLÓGICA

En la tendencia en diagnóstico y monitoreo de señales se están utilizando los sistemas wireless que permiten realizar transmisiones inalámbricas en entornos industriales. El inalámbrico está integrado en los dispositivos y permite la transmisión de señales sin necesidad de cables.

El sistema wireless es la alternativa óptima en los casos en que la solución cableada resulta muy compleja o imposible de realizar.

VENTAJAS DE LA TRANSMISIÓN INALÁMBRICA:

  • Libre accesibilidad en las tres dimensiones, con una flexibilidad lejos de la que sería posible con una conexión por cable.
  • Técnica de transmisión especialmente estable.
  • Conexión inalámbrica continua de buena calidad gracias al novedoso sistema de antenas.
  • Coexistencia con otros servicios inalámbricos mediante una gestión inteligente de las frecuencias.
  • No requiere licencia, uso de las bandas de frecuencia ISM abiertas a todo el mundo.
  • Facilidad de ampliación de la infraestructura existente, con la consiguiente reducción del trabajo de configuración y de instalación.

INTEGRACIÓN DE SISTEMAS EXISTENTES

Para integrar o actualizar los sistemas de monitoreo y diagnóstico se deben especificar los siguientes parámetros, los cuales no son limitativos:

  • Nivel de integración. Indicar los requerimientos para control, supervisión y monitoreo que requiere la integración del sistema en general.
  • Arquitectura del sistema. Hay que incluir los diagramas de interconexión de los métodos de control en operación, por ejemplo: PLC, SCADA, SCD, SCH o sistema de medición dedicado y el proceso totalo parcial que monitorea.
  • Capacidad de expansión. Es necesario indicar la cantidad de expansión para los diferentes tipos de módulos de entrada/salida, así como para memoria disponible; y disponibilidad de procesamiento para intercambio de información y tamaño de mensajes.
  • Se debe indicar el tipo de comunicación que se dispone, el cual puede ser radiofrecuencia, microondas, red física o una combinación.

En caso de integración a otro sistema, se necesita citar los requerimientos de interconexión y comunicación.

SOPORTE TÉCNICO

Hay que saber la disponibilidad de representación y adquisición de asistencia técnica y de refacciones en México.

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