Reducción del tiempo de inactividad en sistemas de control distribuidos de 24 VCC

Los sistemas modernos de automatización industrial recurren cada vez más a arquitecturas de control distribuidas de 24 VCC para alimentar los PLC, las E/S remotas, los sensores, los dispositivos de comunicación, las interfaces hombre-máquina (HMI) y los actuadores. A medida que las máquinas se vuelven cada vez más conectadas y modulares, el número de dispositivos que funcionan con una fuente de alimentación compartida de 24 VCC sigue aumentando. Estas arquitecturas mejoran la flexibilidad y simplifican la ampliación de la instalación, pero también aumentan el impacto operativo de las averías eléctricas que se producen en los circuitos derivados individuales.

En muchos sistemas, un cable de sensor en cortocircuito, un actuador sobrecargado o un dispositivo de campo averiado pueden interrumpir el suministro eléctrico más allá del punto original de la avería. Los métodos de protección tradicionales, como los fusibles y los disyuntores convencionales, pueden desconectar varias cargas antes de que se aísle el circuito derivado afectado. En sistemas que cuentan con un gran número de dispositivos conectados, identificar el punto de protección que ha fallado y restablecer el funcionamiento puede llevar cada vez más tiempo.

La arquitectura de protección también influye en la disposición del armario de control y en la escalabilidad del sistema. Las máquinas industriales modernas siguen incorporando E/S distribuidas, hardware de comunicación y dispositivos auxiliares, mientras que el espacio disponible en el cuadro sigue siendo limitado. Los métodos de protección de derivaciones que requieren varios dispositivos individuales pueden aumentar la complejidad del cableado y ocupar más espacio en el riel DIN.

Estas condiciones, tanto operativas como a nivel de cuadro eléctrico, están despertando el interés por sistemas de protección electrónica selectiva que aíslan el circuito derivado afectado sin impactar en la tensión de la red eléctrica principal. Si bien los interruptores automáticos mecánicos eran anteriormente la norma, los nuevos sistemas electrónicos de protección de circuitos permiten a los diseñadores aislar las averías de forma selectiva, al tiempo que reducen el espacio necesario para la protección de las derivaciones.

Aspectos relacionados con la protección en los sistemas de control de 24 VCC

En la automatización industrial, la distribución de 24 VCC es una tensión ideal tanto desde el punto de vista de la seguridad como del ruido eléctrico, ya que se considera lo suficientemente segura como para que los técnicos puedan manipularla durante el mantenimiento o la resolución de averías, y produce un nivel mínimo de interferencias electromagnéticas. La adopción generalizada de fuentes de alimentación estandarizadas de 24 VCC también simplifica la interoperabilidad de los componentes entre dispositivos de distintos fabricantes. Dado que estos sistemas admiten un número cada vez mayor de PLC, sensores, actuadores, equipos de comunicación y otros dispositivos de campo conectados, los dispositivos de protección deben gestionar diversos perfiles de carga, características de funcionamiento y condiciones de fallo en los circuitos derivados.

Además, algunos dispositivos industriales, como las cargas capacitivas, los módulos de comunicación y determinados dispositivos electromecánicos, pueden generar breves picos de corriente de arranque durante la puesta en tensión que se asemejan a una situación de fallo.

A diferencia de los sistemas de protección térmica y mecánica convencionales, que pueden cortar el suministro eléctrico de varias cargas, la protección electrónica selectiva supervisa continuamente el flujo de corriente en cada uno de los circuitos derivados y desconecta electrónicamente únicamente el canal afectado. De este modo se garantiza que los circuitos no afectados sigan alimentados, lo que permite que la máquina siga funcionando. Dado que el comportamiento de disparo se controla electrónicamente, los umbrales de protección y los tiempos de respuesta pueden adaptarse con mayor precisión a los distintos tipos de carga, lo que mejora el aislamiento de las averías y reduce al mismo tiempo los disparos falsos.

Módulos PISA-M en entornos industriales

Para instalaciones industriales, PULS ofrece opciones de protección selectiva con su familia PISA-M de interruptores automáticos electrónicos multicanal (Figura 1). La serie combina varios canales protegidos con un diseño que ocupa poco espacio, al tiempo que ofrece un comportamiento de disparo controlado electrónicamente y visibilidad de las averías a nivel de canal, lo que permite la configuración, la supervisión y el control a distancia.

Figura 1: Los disyuntores electrónicos PULS PISA-M proporcionan protección selectiva de ramales para sistemas distribuidos de 12 VCC y 24 VCC, lo que contribuye a aislar las averías sin interrumpir los circuitos no afectados. (Fuente de la imagen: PULS)

Los módulos PISA-M están diseñados para armarios de control que admiten sistemas de automatización distribuidos de 24 VCC con múltiples circuitos derivados protegidos. Entre las aplicaciones más habituales se incluyen la maquinaria de envasado, los sistemas de manipulación de materiales, las células de producción modulares, los equipos de montaje automatizados y los sistemas de proceso que contienen un gran número de sensores, válvulas, módulos de comunicación y dispositivos de E/S remotos.

Los módulos cuentan con cuatro canales protegidos de forma independiente, con fusibles electrónicos integrados, para aplicaciones de 12 o 24 VCC. Se alojan en una carcasa compacta para riel DIN de 22.5 mm x 104 mm x 98 mm, lo que permite instalarlos fácilmente en armarios de control con espacio limitado.

El cableado por inserción en el panel frontal del módulo contribuye a reducir el tiempo de instalación y a simplificar el montaje del panel en comparación con los terminales convencionales. Los LED multicolores muestran el estado de cada canal de salida en tiempo real, lo que ayuda al personal de mantenimiento a identificar rápidamente los circuitos afectados durante la resolución de averías. Esta visibilidad también simplifica los procedimientos de reinicio de la máquina tras la resolución de averías y contribuye a reducir los tiempos de inactividad no planificados durante las operaciones de mantenimiento de la máquina.

Para aplicaciones "listas para usar", PULS ofrece versiones del PISA-M con ajustes de corriente de salida fijos en 2, 4, 6 u 8 A. El PISA-M-4ADJ (Figura 2) es una versión ajustable en la que la corriente de disparo de cada canal de salida puede configurarse individualmente en 1, 2, 3, 4, 6 u 8 A, con una corriente total de 20 A para todos los canales. Esto permite configurar los umbrales de protección de forma que se ajusten mejor a los requisitos de la carga conectada, lo que contribuye a reducir los disparos indeseados al tiempo que se mantiene el aislamiento de las averías. Todos los módulos de la serie están diseñados para una instalación rápida y segura, y se pueden configurar sin necesidad de herramientas adicionales.

Figura 2: El PISA-M-4ADJ permite el ajuste individual de cada canal para adaptar mejor el comportamiento de la protección a las cargas eléctricas mixtas que funcionan a partir del mismo sistema distribuido. (Fuente de la imagen: PULS)

Además, dos modelos PISA-M permiten que una única fuente de alimentación de 12 V o 24 V divida su carga en cuatro circuitos protegidos de clase 2 según la norma NEC: el PISA-M-4CL2 (Figura 3) y el PISA-M-402. En el caso de los sistemas de automatización que deben cumplir con los requisitos normativos, estos módulos pueden contribuir a reducir el número de fuentes de alimentación, el cableado y los costos. El PISA-M-4CL2 ajusta automáticamente las corrientes de disparo, proporcionando hasta 3.75 A por canal en sistemas de 24 VCC y hasta 4.85 A por canal en sistemas de 12 VCC. El PISA-M-402 proporciona una salida fija de 2 A por canal, lo que lo convierte en la solución ideal para proteger componentes sensibles, como sensores y otros dispositivos de baja corriente. Se pueden conectar fácilmente varios módulos PISA-M para instalaciones que requieran ampliar su capacidad más allá de cuatro circuitos de clase 2.

Figura 3: El PISA-M-4CL2 combina protección electrónica selectiva y distribución de energía de clase 2 según la norma NEC en un único módulo compacto para sistemas de control industrial distribuidos. (Fuente de la imagen: PULS)

Conclusión

A medida que los sistemas de automatización distribuidos de 24 VCC se vuelven más complejos, la arquitectura de protección de derivaciones desempeña un papel cada vez más importante en el rendimiento del aislamiento de fallos, la organización del armario de control, la complejidad del cableado y la futura ampliación.

Las soluciones de protección electrónica selectiva, como la gama PULS PISA-M, mejoran el aislamiento de fallos al proteger cada uno de los circuitos derivados, lo que contribuye a mantener la disponibilidad de las máquinas, reduce los tiempos de inactividad y las tareas de resolución de averías, y permite crear arquitecturas de sistemas de control escalables.