ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO INGENIERÍA MECATRÓNICA NORMATIVAS PARA LOS SISTEMAS DE SEGURIDAD EN CONTROLES BASADOS EN PLC. Nombre: Nivel: Fecha:
Wellington O. Zambrano Chávez Noveno viernes, 01 de abril del 2011
RESUMEN: Los sistemas de seguridad con mando por PLC, tienen mayor riesgo dentro de su aplicación, es por esto que se deben cumplir las normativas más im portantes en el área industrial. Estas normas se refieren al análisis de riesgos, seguridades en los elementos a utilizar, principalmente PLCs, conexiones de seguridad y estándares de programación, que hacen que la funcionalidad de un control de seguridad sea mucho más eficiente que el control de cualquier proceso convencional. Se debe recalcar que para cada aplicación de seguridad existen elementos específicos que se han desarrollado para cumplir las normativas IEC, EN, ISO, NFPA o FM (dependiendo de la aplicación).
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INTRODUCCIÓN Para
dar una solución a los problemas y necesidades dentro del ámbito industrial en cualquiera de los sectores disponibles, existe una gran posibilidad de sistemas de control y seguridad a implementar, los cuales utilizan muchos de los dispositivos disponibles en el mercado, uno de ellos es el PLC (Controlador Lógico Programable). Pero para cada tipo de aplicación, siempre se deben seguir las normas internacionales en vigencia, y de mucha más importancia cuando se trata de sistemas de seguridad, a continuación se exponen las normas mas importantes cuando se requiera utilizar un PLC.
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NORMAS Y REGLAMENTOS
2.1 IEC 61508 IEC61508 establece unos métodos La completos para el análisis y determinación de requisitos de seguridad, en un principio diseñada para ser aplicables con Sistemas Electrónicos Programables. Los
elementos que se utilicen para el control en los sistemas de seguridad, deben cumplir esta normativa en todo su sistema. La normativa IEC 61508 está dividida en los siguientes apartados: Aptdo.1 ± Requisitos Generales Aptdo. 2 ± Requisitos para Sistemas E/E/ PE Aptdo. 3 ± Requisitos de Software
Aptdo. 4 ± Definiciones y Abreviaciones de Términos. Aptdo. 5 ± Sugerencias sobre la Aplicación del Aptdo. 1. Aptdo. 6 ± Sugerencias sobre la Aplicación del Aptdo. 2. Aptdo. 7 ± Bibliografía de Técnicas y Medidas. Las siguientes definiciones y puntos son de clave importancia para seguir la IEC 61508: y
Definición
de Riesgo y Reducción del Riesgo:
El riesgo existente en una actividad viene directamente relacionado con la extensión de los daños y la frecuencia con la que ocurre el evento, por lo que podemos establecer una ecuación del tipo: R=E*F (1) donde: - E: extensión de los daños - F: frecuencia del evento Integridad de la Seguridad , que se define: ³La Probabilidad de que un Sistema relacionado con Seguridad realice adecuadamente la totalidad de las Funciones de Seguridad requeridas bajo todas las circunstancias establecidas y durante el Período de Tiempo Especificado . La Integridad de la Seguridad viene determinada por la Integridad del Hardware y la Integridad del Software; en el primer caso la IEC61508 establece los fallos del hardware (incluyendo las de modo común del hardware) indicando el objetivo a cumplir en función del SIL ³Safety Integrity Level ´ y
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y
Ciclo de vida de la seguridad.
Se especifican todos los pasos a seguirse desde el inicio y desarrollo conceptual del proyecto hasta la finalización de la vida de la instalación y su retirada. En el caso en concreto, para los sistemas de Seguridad Programables, deberemos estudiar en detalle dos conceptos de máxima importancia ya indicados anteriormente, el Ciclo de Vida de la Integridad del Hardware y el Ciclo de Vida de la Integridad del Software. [1] La norma, en general, establece el uso de un equipamiento único para los sistemas de seguridad. El elemento principal de este Equipamiento Certificado de Seguridad es el SIS (Safety Instrumented System) o PES (Programmable Electronic -Safety RelatedSystem), definido así por la IEC61508 para diferenciarlo de los Controladores Lógicos Programables ( PLCs ³convencionales´), que NO pueden ser utilizados en Aplicaciones de Seguridad, pues éstos tienen una alta probabilidad de ³fallar en forma peligrosa´. [2] Muchas de las empresas desarrolladoras de PLCs, también tienen productos aplicables a los sistemas de control de seguridad que cumplen con ésta y las demás normas y reglamentos de importancia. A éstos elementos se los conoce también con el nombre de PLC de seguridad.
2.2 EN ISO 13849-1 y EN 954-1 Estas normas ofrecen una sucesión de pasos lógicos que ayudan a categorizar y evaluar el riesgo dentro de piezas de sistemas de control relacionadas c on seguridad. [3] La EN ISO 13849-1 sucede a la EN 954-1 como norma principal para el diseño de sistemas de mando relativos a la seguridad en el ámbito de la "seguridad de las máquinas", con la diferencia de que la nueva norma (EN ISO 13849-1) posee requisitos para sistemas electrónicos programables a diferencia de la EN 954 que carece de ellos. [4]
2.3 NFPA 79 La
NFPA (National Fire Protection Association) ha desarrollado la NF PA 79, para el ámbito de los Estados Unidos de América. Esta norma describe requisitos de los equipos electrónicos de máquinas. A continuación se describen algunas de las medidas de protección más utilizadas:
Protección contra contactos directos e indirectos Los contactos del personal de servicio con partes bajo tensión se evitan generalmente mediante carcasas que proporcionan una protección adecuada. En el marco de trabajos de normalización internacionales se definieron índices de protección para estas carcasas. El grado de protección se orienta en los peligros y las características del entorno de trabajo. * Los conductores eléctricos se aíslan. Los esquemas de conexiones se diseñan de forma que permitan evitar peligros por contacto indirecto. * Los elementos de ajuste de las máquinas y dispositivos de reconexión de relés de protección para el personal de producción deberán estar situados de forma que puedan accionarse sin peligro de contacto con elementos desnudos bajo tensión. * Los dispositivos de reconexión se situarán de forma que el dispositivo de accionamiento se encuentre fuera de la carcasa que contenga los componentes bajo tensión. El cumplimiento de esta regla es naturalmente mucho más complicado para el personal técnico responsable de la conservación. El fabricante de la máquina deberá poner todo de su parte para tener en cuenta también el aspecto de la seguridad eléctrica con miras a los trabajos de reparación previstos en la máquina. Protección contra sobreintensidad Las máquinas deberán protegerse contra sobreintensidad, es decir, intensidades con valores superiores al nominal. Esto incluye todas las sobreintensidades de un circuito eléctrico intacto y todas las corrientes de cortocircuito defectuosas derivadas de una impedancia insignificantes entre puntos con tensiones diferentes. La protección contra sobreintensidad se garantiza mediante fusibles o interruptores automáticos. Puesta a tierra Las diferentes partes de la máquina se interconectan entre sí y con el borne de tierra general a través de la masa. La puesta a tierra se realiza generalmente mediante un conductor de protección integrado en el cable de conexión de la máquina. Cuando las potencias son altas, el conductor de tierra puede transcurrir junto al cable de alimentación, pero no estar integrado en el mismo.Estas medidas de protección se toman cuando el conductor no puede ser sustituido por el bastidor de la máquina. No deben aplicarse si los equipos eléctricos están provistos de un aislamiento doble o un aislamiento reforzado. [5] 2
2.4 IEC 61131 En lo que se refiere al software o la programación de PLCs, las consideraciones a tomarse en los sistemas de mando de seguridad dependen de las estimaciones de riesgos y demás condiciones especificadas en las normativas anteriores, ya que así el programador llevará su programación de manera adecuada y segura. El estándar internacional IEC 61131 se aplica a los autómatas programables y sus periféricos asociados tales como herramientas de programación y depuración ( PADTs), elementos hombre-máquina (HMI), etc., los cuales han sido diseñados para el control de procesos industriales y maquinaria. Ésta norma es el primer paso en la estandarización de dichos elementos, incluyendo los leguajes de programación que se deben usar. [6] normativa IEC 61131-3 (apartado 3) son las especificaciones de la sintaxis y semántica de un lenguaje de programación, incluyendo el modelo de software y la estructura del lenguaje.
y
SIMATIC Safety Integrated, SIMATIC ET 200M y 200Fde SIEMENS. GuardPLC 1200 y 2000 de Allen-Bradley. Controladores de seguridad y PES, de Pliz.
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CONCLUSIONES
y
La
y
y
y
y
y
La
y y y y y
Dentro de los elementos comunes están: Tipos de datos Variables Configuración, recursos y tareas Unidades de organización de programa Gráfico funcional secuencial
Se definen cuatro lenguajes de programación normalizados. Los lenguajes consisten en dos de tipo literal y dos de tipo gráfico: Literales: * Lista de instrucciones (Instruction List, IL). * Texto estructurado (Structured Text, ST). Gráficos: * Diagrama de contactos (Diagram Ladder, LD). * Diagrama de bloques funcionales (Function Block Diagram, FBD). [7]
Figura 2. Lenguajes IEC 61131-3
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PLCS DE SEGURIDAD
Existen un gran número de compañías que fabrican diferentes tipos de PLCs tanto convencionales como de seguridad, algunos ejemplos son:
y
5 y
y
IEC 61508 es de aplicación obligatoria para todo Sistema de Seguridad en Procesos de Alto Riesgo, y exige utilizar equipamiento Homologado y Certificado para su uso en el Nivel SIL preestablecido. Dependiendo de la aplicación se deben considerar otros tipos de normativas para la seguridad una de ellas es la NF PA. En los sistemas de seguridad no se pueden usar los PLCs convencionales y cualquier dispositivo programable debe cumplir con su respectiva normativa. Las normas a seguir para la conexión en sistemas de seguridad son un complemento importante a las normativas específicas de la aplicación o del elemento de mando. Todo PLC de seguridad debe cumplir con los estándares de programación de la normativa IEC 61131 para evitar aprender un lenguaje por PLC.
RECOMENDACIONES Cuando en un proceso se ha determinado el nivel de riesgo, se deben utilizar sistemas de seguridad en donde todos sus elementos cumplan las normativas. Se recomienda que en una industria se tomen las normativas internacionales, ya que así logrará abarcar todas reglas más importantes en el área de seguridad industrial en sus sistemas.
6 REFERENCIAS [1] Sistemas de seguridad IEC61508 (http://www.isaspain.org/images/biblioteca_virtual/redundancia%20sist..p df) [2] Sistemas BMS ± Normas de seguridad para Sistemas BMS (http://www.dacs.com.ar/Dloads/BMS-SI L-PFD.pdf) [3] Productos de seguridad industrial Honeywell ± Evaluación de riesgos: uno de los métodos« (http://content.honeywell.com/sensing/prodinfo/safety/catal og/sp/00si018s.pdf) [4] Normas para la seguridad funcional (http://www.pilz.com/knowhow/standards/standards/functio nal_safety/articles/00242/index.es.jsp) [5] Normas para la seguridad eléctrica (http://www.pilz.com/knowhow/standards/standards/electri cal_safety/articles/00871/index.es.jsp) [6] IEC 61131 (htt://isa.uniovi.es/~vsuarez/Download/IEC%2061131.pdf) [7] IEC 61131-3 Estandarización en la programación del control industrial (http://isa.uniovi.es/docencia/IngdeAutom/transparencias/i ec1131-3%20espa%F1ol.pdf) 3
