Flujo de materiales seguro: ¿una tarea para el muting?

Numerosas máquinas utilizan dispositivos de protección sin contacto, como cortinas fotoeléctricas de seguridad o escáneres láser de seguridad como mecanismo de protección allí donde un resguardo físico no sería adecuado. Por ejemplo, en tramos de transporte en los que las mercancías se llevan desde una zona de producción a otra. Estas aplicaciones, en la mayoría de los casos, requieren que el dispositivo de protección sin contacto deje pasar determinados objetos por su campo de protección pero reaccione ante la presencia de personas. La implementación más habitual del flujo de materiales seguro consiste en inhibir provisionalmente el dispositivo (lo que se conoce como "muting") con ayuda de sensores adicionales. No obstante, existen otros métodos que no requieren el muting y utilizan en su lugar algoritmos seguros para diferenciar entre personas y materiales.

Este artículo profundiza en este tema y presenta algunos ejemplos de métodos para un flujo de materiales seguro mediante dispositivos de protección sin contacto, además de algunas indicaciones para elegir la solución más adecuada para cada aplicación.

Normativa de la UE para garantizar la seguridad de las máquinas

En el Espacio Económico Europeo, las leyes obligan a garantizar la seguridad de las máquinas.

Para los fabricantes que desean comercializar sus máquinas dentro del espacio económico europeo, la Directiva de máquinas (2006/42/CE) define los requisitos básicos de seguridad y protección de la salud para el diseño y construcción de máquinas. Para empresas explotadoras de máquinas se aplica la Directiva de uso de medios de trabajo (2009/104/CE).

Para garantizar la seguridad de las máquinas existen propuestas prácticas de solución para el cumplimiento de los requisitos de seguridad de las normas EN armonizadas. Cuando se consideran íntegramente todos los requisitos de una norma EN armonizada se obtiene lo que se conoce como presunción de conformidad (con las directivas correspondientes).

Tres categorías de normas armonizadas

Estas normas armonizadas se dividen en tres categorías:

• Normas de tipo A: normas básicas de seguridad que tratan sobre conceptos básicos, principios de diseño y aspectos generales que se pueden aplicar a las máquinas (por ejemplo, EN ISO 12100 para la evaluación de riesgos)

• Normas de tipo B: normas básicas técnicas de seguridad que tratan sobre aspectos de seguridad o sobre algún tipo de dispositivos de protección. Pueden utilizarse en una serie de máquinas (por ejemplo, EN ISO 13855 para el cálculo de las distancias mínimas de seguridad o EN ISO 14119 para bloqueos, etc.)

• Normas de tipo C: contienen todos los requisitos de seguridad de una determinada máquina o de un determinado modelo de máquinas

Si existe una norma de tipo C, esta tiene generalmente preferencia frente las normas de tipo A y las de tipo B. No obstante, el contenido de la norma de tipo C no se redacta de nuevo sino que toman como referencia todas las normas de tipo A y de tipo B relevantes.

No obstante, el uso de una sola norma tipo C podría no ser suficiente para alcanzar la conformidad requerida con los requisitos esenciales de seguridad y salud (EHSR en sus siglas en inglés) de la Directiva de máquinas UE. Hoy en día es habitual que muchas máquinas funcionen juntas y a algunas se les puede aplicar una norma tipo C y a otras no. Esto puede derivar en situaciones algo complicadas, como la que muestra la figura 1: un robot para la carga de una máquina CNC compuesto por máquina rotativa, robot, sistema automatizado de cajones y cinta transportadora.

Seguridad funcional

Las normas de tipo C para las máquinas que habitualmente incluyen dispositivos de protección sin contacto suelen incluir indicaciones para su uso. El conjunto de normas de tipo C E 415, por ejemplo, trata sobre los requisitos de seguridad para las máquinas de embalaje y contiene gran cantidad de información útil.

La norma EN 415-6 para máquinas envolvedoras de palés (envolvedoras de lámina) contienen anexos para temas como el posicionamiento vertical, el posicionamiento dinámico de células y el muting para los dispositivos de protección sin contacto. Esta norma se publicó ya en 2013 y desde entonces existen nuevas tecnologías disponibles para estas aplicaciones. Las normas reflejan el estado de la técnica en su momento y, por desgracia, su desarrollo no siempre puede seguir el ritmo del progreso técnico.

La norma EN 415-6 remite a las normas EN ISO 13849 y EN 62061 (actualmente reemplazada por la EN IEC 62061) en referencia a la robustez del sistema de control del que forma parte un dispositivo de protección sin contacto. Estos "componentes relacionados con la seguridad de los sistemas de control" (SRP/CS en sus siglas en inglés) deben diseñarse y construirse adecuadamente; y deben presentar la robustez suficiente para alcanzar el grado requerido de reducción de riesgos.

Las normas EN ISO 13849 y EN IEC 62061 contienen requisitos de seguridad y principios generales para el diseño e integración de los SRP/CS, incluyendo el desarrollo de software, y definen las formas de implementar las funciones de seguridad (SF). Aunque pueden aplicarse ambas, este artículo se concentra en la EN ISO 13849.

La norma EN ISO 13849 contiene ejemplos para una serie de funciones típicas de seguridad, además de hacer referencia a normas que son igualmente relevantes. Para los dispositivos de protección sin contacto y el muting remite a EN ISO 13855 y EN IEC 62046.

La norma ISO 13855 trata sobre la colocación de los dispositivos de protección de acuerdo con la velocidad de aproximación del cuerpo humano. La fórmula general para el cálculo de la distancia mínima es la siguiente:

S = (K × T) + C

En donde:

S = distancia mínima de un dispositivo de protección sin contacto con el punto de peligro

K = velocidad de aproximación de la persona

T = tiempo total de marcha por inercia del sistema

C = distancia de penetración, un valor adicional que se deriva tanto de la resolución del dispositivo de protección como también de la posibilidad de pasar por encima.

SICK puede ofrecer orientación sobre este tema y dispone de numerosa documentación que puede ofrecer a sus clientes. SICK ofrece también prestaciones de seguridad, como mediciones del tiempo de marcha por inercia para obtener un valor para "T" y poder calcular la distancia mínima necesaria "S".

EN IEC 62046 es una norma que se publicó después de la actual EN ISO 13849. Se recomienda siempre emplear una norma válida que represente los últimos avances técnicos. La EN IEC 62046 se ocupa en concreto del empleo de dispositivos de protección para la detección de personas e incluye indicaciones sobre el muting.

Para una envolvedora de palés, las siguientes normas contienen indicaciones útiles sobre los dispositivos de protección sin contacto:

• EN 415-6
• EN ISO 13849/EN IEC 62061
• EN IEC 62046
• EN ISO 13855

Esta lista no pretende ser completa, otras normas pueden también ser relevantes, como la EN 60204 para la seguridad eléctrica y la EN ISO 14118 para la "evitación de un arranque inesperado de las máquinas", por nombrar solo algunas.

Las normas de tipo C suelen contener información sobre el muting y hacen referencia a otras normas. Pero si no existe ninguna norma de tipo C, debe acometerse la reducción de riesgos considerando todas las normas de tipo B relevantes. Si no está seguro de qué norma se debe aplicar, lo mejor es pedir el consejo de un experto.

Por desgracia, las normas no pueden dar consejos sobre tecnologías que aún no se han desarrollado en el momento de su publicación. En este caso puede utilizarse la norma correspondiente junto con la EN ISO 12100.

Normas relativas al muting

Con respecto al muting, las normas de tipo C contienen pautas, pero sería demasiado complejo detallar todas las normas de tipo C relevantes. Veamos pues qué dicen EN ISO 13849 y EN IEC 62046 sobre este tema.

EN ISO 13849

EN ISO 13849 define el muting como "supresión temporal automatizada de una función de seguridad o de funciones de seguridad por parte de componentes de seguridad del sistema de control (SRS/CS)". Términos importantes aquí son:

"Temporal": ¿Cuánto tiempo se suprime la función de seguridad (SF)?

• "Automatizado": ¿Cómo decide el control cuándo debe suprimirse la SF?
• "Función de seguridad": ¿Qué función de seguridad se suprime, y cómo?

Consideremos una función de parada relevante para la seguridad que es activada por una cortina fotoeléctrica de seguridad para la protección del acceso a una paletizadora. Cuando el material se aproxima a la cortina fotoeléctrica, (palé lleno), el sistema de control debe detectar el material de forma automatizada e inhibir la función parcial de seguridad de la cortina (detección de personas) para dejar pasar el material, véase la figura 2.

Esto puede hacerse con ayuda de sensores. El sistema debe ser capaz de detectar el sistema con fiabilidad, es decir, distinguir entre el material y una persona. Durante el proceso de inhibición es necesario garantizar un estado seguro por otros medios (bloqueo de la entrada por el material de transporte) y, cuando este termine, deben restablecerse todas las funciones de seguridad del SRP/CS.

Un error bastante extendido es que todos los sistemas de muting deben contar con una lámpara de muting. Aunque algunas normas de tipo C prescriben el uso de la lámpara, la EN ISO 13849 únicamente menciona que "en algunas aplicaciones puede ser necesaria una señal de indicación del muting". Por otra parte, la EN IEC 62046 afirma que, cuando existe una indicación que informa que la función de muting está activa, habría que considerar si dicha indicación lo que podría provocar es que se intentase acceder de forma no autorizada a la zona de peligro. Así que podría ser más aconsejable renunciar al uso de una lámpara.

EN IEC 62046

La norma EN IEC 62046 contiene anexos informativos con indicaciones sobre el uso y el posicionamiento de dispositivos de protección y sensores para la detección de material con el fin de iniciar la función de muting, ofrece además ejemplos ilustrativos al respecto. Si bien estos ejemplos no son las únicas soluciones posibles para una aplicación ni tampoco pretenden restringir las innovaciones ni el progreso técnico. En la siguiente figura se representa la norma. 

El apartado 5.7 de la norma EN IEC 62046 trata detalladamente sobre los requisitos para el muting y también otros temas similares al igual que la EN ISO 13849, pero con mucho mayor detalle. La norma describe los requisitos que se aplican cuando se inicia la función de muting, tales como:

• El muting debe ser activado por dos o más señales de muting independientes.
• El muting debe terminar cuando una de las señales de muting que mantiene su función se desactiva.
• Debe emplearse un control del tiempo o de la secuencia de proceso en las señales muting para garantizar un funcionamiento correcto.
• Deben tomarse medidas contra una activación no deseada del muting o una inhibición permanente debida a daños mecánicos y/o a una alineación errónea de los sensores de muting.
• Deben tomarse medidas para evitar que pueda esquivarse el equipamiento de protección.
• Debe existir una protección contra el uso indebido previsible, incluyendo la manipulación.

La norma ofrece también recomendaciones y muchos ejemplos de medidas que pueden utilizarse. Entre ellas, muchas indicaciones sobre el muting para posibilitar el acceso de personas y materiales y la inhibición manual independiente del muting.

Ejemplos de soluciones para un flujo de materiales seguro

EN IEC 62046: Ejemplos de muting

El anexo D de la norma IEC 62046 incluye una serie de ejemplos para la configuración de sensores de muting fotoeléctricos en caso de que se utilicen para permitir el acceso automatizado del material. No obstante, como ya se ha mencionado, la lista no pretende ser completa (no se pretende que se utilicen únicamente estas configuraciones), se tratan únicamente las más utilizadas, véase a este respecto la figura 4.

El requisito más importante para el posicionamiento de los sensores de muting consiste en que deben garantizar que no puedan pasar personas por la abertura hacia la zona de peligro mientras el sistema está en estado de muting. Esto podría ocurrir, por ejemplo, si alguien se monta sobre un palé o si camina junto al material o detrás de este. El anexo ofrece también pautas para ello (medidas adicionales como puertas basculantes, etc.) y presenta algunos métodos para evitar la manipulación.

También es importante que la configuración del muting no suponga ningún peligro adicional, (por ejemplo, el atrapamiento) entre el material transportado y las piezas fijas. Además, se ofrecen indicaciones con respecto a las siguientes distancias mínimas y máximas:

• Distancia entre el material y las piezas fijas de la instalación
• Distancia entre los sensores de muting
• Altura de los sensores de muting sobre el plano de transporte inicial

La versión actual de EN IEC 62046 se publicó en 2018 y sustituyó a la anterior especificación técnica de 2008 IEC/TS 62046. Esta norma contiene algunos ejemplos pero de forma limitada y desde que fue publicada se han desarrollado nuevas tecnologías y nuevas soluciones de muting. Desde el punto de vista de la tecnología de seguridad, lo realmente determinante es el cumplimiento de los objetivos de protección definidos en la norma EN IEC 62046 para el muting. Esto significa que si una solución alternativa lleva a un nivel de seguridad equivalente (o incluso superior), esta podrá por supuesto aplicarse.

El siguiente apartado ofrece ejemplos adicionales de muting, presenta además métodos novedosos que se sirven de algoritmos inteligentes y con los que no es posible la inhibición de los dispositivos de protección sin contacto.

Escáner láser de seguridad: adaptación del campo de protección

Al igual que las cortinas fotoeléctricas de seguridad, los escáneres láser de seguridad son dispositivos de protección sin contacto que pueden emplearse para detectar personas. El campo de protección de un escáner láser se sitúa normalmente en el plano horizontal y se suele utilizar en aplicaciones como impedir que se ponga en marcha una cabina robotizada, o como desencadenante de la parada segura de un vehículo de guiado automático, véase la figura 5.

No obstante, al igual que las cortinas fotoeléctricas de seguridad, pueden también utilizarse en vertical y los campos de protección, con ayuda de señales de entrada, pueden variar de forma dinámica. Con una cortina fotoeléctrica de seguridad puede aumentar la seguridad, inhibiendo solo un determinado número de haces; mientras que, por el contrario, un escáner láser de seguridadpermite de hecho cambiar la forma del campo de protección a los contornos del material cuando está inhibido, véase la figura 6.

De esta forma ya no hacen falta sensores ni dispositivos de protección adicionales para evitar que una persona obtenga acceso no detectado a una máquina con el dispositivo de protección sin contacto inhibido.

Si cuenta además con una interfaz de datos segura para escáner (como CIP Safety, PROFISAFE, SICK – EFI Pro), podrá acceder simultáneamente a múltiples campos de protección. Esto se denomina evaluación simultánea de campos de protección y permite a los ingenieros desarrollar aplicaciones complejas con un solo sensor. La solución de seguridad Safe Portal Solutions de SICK hace uso de estas funciones para detectar con seguridad material mediante "campos de muting" separados que se adaptan de forma dinámica a los campos de protección para dejar pasar el material mientras el resto de la abertura está controlada, como muestra la figura 7. De esta forma ya no hacen falta los sensores de muting, lo que ofrece mayor flexibilidad y reduce la necesidad de espacio.

Alternativas al muting tradicional

El sistema de seguridad Safe Entry Exit es la alternativa certificada por TÜV al muting clásico. El sistema recibe únicamente una señal desde el control de procesos como primera señal de muting y la señal de la cortina fotoeléctrica como segunda señal. De esta forma, en combinación con un control del tiempo y de la secuencia, puede detectar fiablemente el material y realizar así la función del muting. Al igual que con Safe Portal, los sensores de muting resultan así innecesarios y el espacio del sistema de muting se reduce, véase la figura 8.

Diferenciación real entre personas y materiales

Los dispositivos de seguridad se han vuelto increíblemente versátiles y, gracias a unos potentes microchips, pueden implementar algoritmos complejos a alta velocidad. Es posible evaluar cada haz de luz individual, lo que permite la detección de patrones en un sensor de seguridad permanentemente activo. Esto significa que un dispositivo de protección puede diferenciar con seguridad entre una persona y el material que puede acceder a la zona de peligro. Este sistema no inhibe en ningún momento la función de seguridad de detección de personas en el proceso, lo que ofrece una protección ininterrumpida, ya que los haces no interrumpidos pueden permanecer activos.

La cortina fotoeléctrica de seguridad C4000 Fusion puede utilizarse en horizontal y permite al usuario configurar distintos patrones mediante la introducción de parámetros, tales como:

• Número de objetos permitidos
• Anchura de los objetos
• Distancia entre objetos
• Dirección
• Secuencia
• etc.

Esto se traduce en que solo determinadas siluetas pueden pasar por el campo de protección de la cortina fotoeléctrica de seguridad sin activar la función de seguridad (parada); pues permite diferenciar, por ejemplo, un vehículo sobre un bastidor de una persona, véase la figura 9.

Otro ejemplo de reconocimiento de patrones es la función Smart Box Detection de la cortina fotoeléctrica de seguridad deTec4. Esta función evalúa los haces para detectar objetos que aparecen rectangulares desde una perspectiva bidimensional, como cajas de cartón o incluso bidones, lo que podría resultar especialmente útil en aplicaciones que hasta ahora utilizaban tradicionalmente un túnel como protección para aumentar la distancia a un punto de peligro. Los sensores de muting ya no son necesarios y, según el tiempo de parada de la máquina, la distancia de seguridad puede reducirse sensiblemente. Los haces no interrumpidos permanecen activos y continúan así protegiendo una posible intervención no detectada por encima del objeto, véase la figura 10.

Implementación de una solución

Otro tema que considerar es la implementación de una solución. Por ejemplo, es posible aplicar soluciones preconfiguradas, precableadas, ajustadas y precertificadas, como se describe en EN IEC 62046, véase la figura 11.

Al adquirir un sistema completo en lugar de todos los componentes individuales, soportes y cables se reduce el esfuerzo de diseño, configuración e instalación. También puede así simplificarse la verificación del rendimiento del sistema (nivel de rendimiento PL y nivel de integridad de seguridad).

Si se implementa el muting en un controlador de seguridad, existen bloques de funciones precertificados que ofrecen un mayor grado de flexibilidad al usuario con una Logic Suite completa disponible. También hay soluciones y dispositivos autónomos y con algoritmos integrados de muting y seguridad.

Es importante entender los pros y los contras de la implementación de un sistema de muting, ya que esto influye sobre distintos factores como costes, disponibilidad, robustez, especificación, necesidad de espacio y otros. La tabla 1 a continuación muestra las implementaciones más habituales.

En la realidad, algunos sistemas pueden diferir de lo indicado en la tabla, pero en general está basada en muchos años de experiencia en este sector y puede ser un buen indicador.

Resumen sobre el flujo de materiales seguro: cada aplicación es distinta

Los dispositivos de protección sin contacto se emplean con frecuencia en máquinas para proteger el acceso a zonas de peligro. A menudo ocurre que el sistema debe dejar entrar y salir el material en la máquina de forma automatizada y, al mismo tiempo, proteger a las personas. Con el paso del tiempo, la función clásica de muting de los dispositivos de protección ha ido evolucionando a un método cada vez más versátil. En el mercado se encuentran además muchas soluciones, incluyendo las que no inhiben la función de seguridad (activar la parada), sino que utilizan patrones de detección inteligentes para dejar pasar el material al mismo tiempo que pueden detectar el acceso de una persona.

Cada aplicación es única y algunas soluciones ofrecen ventajas frente a otras. Partiendo de esto, el constructor debe considerar qué es importante en cada caso. Si para una máquina existe una norma de tipo C, esta puede ofrecer pautas e indicaciones para la implementación de soluciones seguras. Sin embargo, el avance tecnológico suele ser más rápido que el normativo. En la EN IEC 62046 se reconoce este hecho y se afirma que otras soluciones también podrían ser válidas. Lo único determinante para elegir la mejor solución es que esta sea estable frente a la manipulación y que alcance los objetivos de protección.

Los fabricantes de dispositivos de protección sin contacto tienen mucha experiencia en la aplicación de sus dispositivos de protección y pueden contribuir con su extensa oferta de soluciones a implementar el paso seguro de materiales en una máquina. Si tiene alguna duda, los especialistas en sensores y seguridad de SICK le ayudarán con mucho gusto a encontrar la mejor solución para usted.

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