Renunciar a la seguridad
Por qué las paradas de emergencia inalámbricas son el eslabón perdido en las operaciones robóticas
A medida que proliferan los sistemas autónomos, muchos fabricantes de equipos originales (OEM) e integradores siguen recurriendo a paradas de emergencia fijas y cableadas que nunca se diseñaron para el funcionamiento actual de los robots; sin embargo, la gama de productos de seguridad inalámbricos de Cattron ofrece una alternativa cuya existencia aún desconocen muchos en el sector.
Este año ha circulado una fotografía entre los profesionales de la seguridad industrial. En ella se ve un sofisticado sistema robótico descargando cajas paletizadas en el interior de un contenedor de transporte. El robot es rápido, preciso e impresionante. Supervisándolo hay un operario humano, con la mano suspendida sobre un botón de parada de emergencia fijo, montado en un poste, observando. Simplemente observando.
La imagen plasma, en un solo fotograma, la paradoja central de la automatización industrial moderna. Las empresas realizan grandes inversiones en sistemas robóticos para mejorar la eficiencia y reducir los costes laborales, pero luego asignan a una persona para que se quede junto a un botón, por si acaso. Es el tipo de disposición que tenía sentido cuando las células de trabajo robóticas estaban confinadas a zonas valladas en las fábricas de automóviles. Tiene mucho menos sentido cuando el robot se encuentra dentro de un remolque, circulando de forma autónoma por un almacén o trabajando junto a personal sin formación en un centro de distribución.
«Hay gente que desconoce esta tecnología», afirmó Mark Densley, director de ventas de automatización industrial de Cattron. «No saben que se pueden instalar paradas de emergencia inalámbricas con este nivel de certificación de seguridad». En una reciente feria del sector, Densley relató una conversación que mantuvo con un ingeniero de un importante fabricante de automóviles que, sencillamente, no se creía que los sistemas de parada de emergencia inalámbricos pudieran alcanzar los mismos niveles de seguridad que sus homólogos cableados.
«Pueden», le aseguró Densley. «Y, cada vez más, deben hacerlo».
Problemas de accesibilidad con las paradas de emergencia cableadas
La limitación fundamental de una parada de emergencia cableada es que requiere que el operario se encuentre físicamente cerca del botón cuando surge algún problema. En una célula de trabajo robótica tradicional, eso significaba instalar paradas de emergencia en lugares predecibles alrededor de un perímetro vallado. El operario sabía dónde estaban los botones porque el espacio de trabajo del robot era fijo y estaba bien definido.
Ese modelo deja de ser válido a medida que las aplicaciones robóticas se expanden a entornos más dinámicos. Los vehículos guiados autónomos circulan libremente por los almacenes. Los brazos robóticos con un alcance de 20 pies se mueven a velocidades tales que acercarse a un botón fijo supone un peligro en sí mismo. Los sistemas de cintas transportadoras se extienden a lo largo de las instalaciones, donde la parada de emergencia más cercana puede estar a docenas de yardas del punto de fallo. En cada caso, la parada de emergencia cableada sigue siendo fiable en el punto donde está instalada, pero la distancia entre ese punto y el operario que la necesita crea una brecha que se amplía a medida que la automatización se vuelve más compleja.
«La accesibilidad es el mayor reto», afirmó Rebecca Weber, directora de producto de soluciones industriales de Cattron. «A medida que la automatización avanza, el riesgo y la exposición a los que se enfrenta un operario que intenta acceder a una parada de emergencia instalada in situ aumentan exponencialmente».
También existe una cuestión práctica relacionada con la infraestructura. La instalación de paradas de emergencia cableadas en los sistemas robóticos supone un aumento de los costes, de la complejidad y de los posibles puntos de fallo. Un fabricante de componentes electrónicos está implantando actualmente paradas de emergencia inalámbricas de Cattron en un sistema básico con el objetivo específico de eliminar el gasto que supone tender cables por toda la instalación, lo que permite eliminar tanto los riesgos de tropiezos como la carga que supone el mantenimiento con una sola decisión.
Dos soluciones de parada de emergencia inalámbricas, dos niveles de seguridad
Cattron da respuesta al reto que plantean los sistemas de parada de emergencia inalámbricos con dos productos complementarios diseñados para distintos perfiles de riesgo y requisitos funcionales.
El Safe-E-Stop™es un sistema con certificación SIL 3, evaluado y certificado por TÜV Nord según la norma IEC 61508. Consta de un dispositivo de seguridad personal, aproximadamente del tamaño de una radio portátil, que se engancha al cinturón o al chaleco del operario, y un dispositivo de seguridad de la máquina que se conecta en serie con el circuito de parada de emergencia cableado ya existente. El sistema ofrece un tiempo de respuesta típico de parada de emergencia de 320 milisegundos, funciona a distancias superiores a los 100 metros y admite hasta cinco dispositivos de seguridad personales conectados simultáneamente a un único dispositivo de seguridad de la máquina. Las baterías duran más de 14 horas con una sola carga, lo que permite cubrir varios turnos. Los dispositivos personales están disponibles en cinco colores para facilitar su identificación entre equipos y zonas.
La clasificación SIL 3 cobra especial relevancia en entornos en los que puede haber personal sin formación. En las implantaciones de vehículos autónomos guiados (AGV) en almacenes a gran escala, por ejemplo, los vehículos autónomos comparten el espacio con los trabajadores del almacén, que pueden tener un conocimiento limitado de los equipos. El nivel de integridad de seguridad más alto tiene en cuenta ese mayor riesgo de exposición.
El Safe-D-Stop™está clasificado en el nivel PL-d según la norma EN/ISO 13849 y está diseñado específicamente para aplicaciones de seguridad en máquinas. Comparte la comodidad de la conexión inalámbrica del Safe-E-Stop, pero añade funcionalidades que lo distinguen de un simple dispositivo de parada. Además de su interruptor de parada iluminado de nivel PL-d, el Safe-D-Stop incluye dos interruptores basculantes de inversión de nivel PL-d que pueden configurarse para funciones de control auxiliares. Su alcance de funcionamiento llega hasta los 180 metros y la duración de la batería supera las 65 horas utilizando pilas alcalinas AA estándar.
Esos interruptores basculantes abren una categoría de uso que va mucho más allá de la parada de emergencia. En aplicaciones de vehículos guiados automáticamente (AGV) y carretillas elevadoras autónomas, los clientes los utilizan para ejecutar secuencias de mantenimiento. El operador de una carretilla elevadora autónoma programó el rango completo de movimiento de las horquillas de su carretilla mediante una sola pulsación del interruptor basculante, lo que permite a un técnico de mantenimiento accionar todo el mecanismo sin tener que volver al panel de la interfaz hombre-máquina (HMI). Una importante empresa de transporte y logística utiliza el Safe-D-Stop exclusivamente como mando de mantenimiento, lo que permite a un solo técnico posicionar el equipo para la resolución de averías desde la propia máquina, en lugar de necesitar a una segunda persona frente a una pantalla táctil remota.
«Esto ha liberado a una persona de la tarea de mantenimiento», explicó Densley. «Antes había dos personas: una se encargaba de supervisar la máquina y resolver los problemas, y otra, situada bastante lejos, en la interfaz hombre-máquina (HMI), la manejaba para colocar la máquina en posición de mantenimiento. Ahora, una sola persona puede hacerlo desde el mismo lugar en el que se encuentra».
La distinción entre ambos productos se corresponde directamente con la evaluación de riesgos. El nivel PL-d goza de una amplia aceptación para la mayoría de las aplicaciones industriales en las que interviene personal cualificado. El nivel SIL 3 se especifica cuando personas sin formación pueden entrar en contacto con el equipo, o cuando las consecuencias de un fallo exigen el nivel de integridad más alto. La probabilidad de fallo certificada por Cattron para el Safe-E-Stop oscila entre 1.140 y 11.140 años.
El aspecto técnico de la ecuación de la parada de emergencia
La conexión inalámbrica entre el operador y la máquina solo es tan útil como el receptor que traduce la orden de parada en una acción. La unidad de control de máquinas multiinterfaz XBMCU de Cattron actúa como controlador del lado de la máquina para el sistema Safe-D-Stop y amplía considerablemente las posibilidades de integración. La XBMCU es compatible con PROFINET, Ethernet/IP, doble CANbus y Modbus RS485, lo que ofrece a los integradores de sistemas la flexibilidad de protocolo necesaria para implementar el mismo hardware, tanto si la aplicación utiliza protocolos basados en Ethernet —habituales en la automatización industrial tradicional— como si emplea protocolos basados en CAN —prevalentes en la minería y en la maquinaria de construcción semiautónoma—.
La XBMCU también permite la comunicación entre máquinas a través del protocolo de radiofrecuencia cifrado de Cattron. En una aplicación de construcción semiautónoma, dos grandes brazos robóticos que operan en vías opuestas utilizan la XBMCU para intercambiar datos de sensores en tiempo real. Si uno de los brazos detecta una desalineación o una discrepancia en la sincronización, el sistema detiene la operación de inmediato, protegiendo así los equipos, cuyo valor puede ascender a cientos de miles de dólares o más. En este caso, el sistema de seguridad protege no solo a los operarios humanos, sino también a las propias máquinas.
La integración con los circuitos de seguridad existentes es muy sencilla. El receptor de Cattron se conecta en serie con el circuito de parada de emergencia cableado existente, de modo que el sistema de seguridad lo percibe como otro punto de parada físico en el bucle. El dispositivo inalámbrico simplemente amplía ese punto hasta el lugar donde se encuentre el operario.
Mantener la conexión entre turnos
Uno de los retos prácticos de las operaciones autónomas las 24 horas del día es gestionar las paradas de emergencia inalámbricas durante los cambios de turno sin detener la producción. Cattron resuelve este problema con su proceso patentado Link y D-Link, que permite a los operarios asociar y desasociar de forma segura sus dispositivos personales de parada de emergencia del circuito de seguridad mediante una secuencia intencionada de pulsaciones de botones. Sin esta capacidad, una parada de emergencia inalámbrica que quedara fuera de servicio, ya sea por un cambio de turno o por un cambio de batería, se registraría como una interrupción en el circuito y detendría todo el sistema.
La configuración y la puesta en marcha se gestionan a través deCattronLink, la herramienta de programación inalámbrica de Cattron compatible con Bluetooth 5 y versiones posteriores. Para las implementaciones de XBMCU y CBMCU, los nuevos sistemas pueden ponerse en marcha mediante lo que Weber describió como un «mecanismo de copiar y pegar», que replica las configuraciones en varios AGV o células robóticas sin tener que empezar desde cero cada vez. En el caso de las instalaciones de Safe-E-Stop basadas en relés, un técnico cualificado puede pasar del desembalaje a la puesta en marcha en menos de medio día. Los sistemas basados en XBMCU de Cattron, con su interfaz «plug-and-play» de dos conectores, pueden ser incluso más rápidos.
Lo que el mercado no sabe
Cuando se les pidió que señalaran el aspecto más importante que los fabricantes de equipos originales (OEM) de robótica y los integradores de sistemas deberían comprender sobre las paradas de emergencia inalámbricas, tanto Weber como Densley dieron la misma respuesta: que la tecnología existe y que cumple o supera los niveles de seguridad de los sistemas cableados.
Esa brecha de concienciación representa tanto un reto de mercado como una oportunidad. Las células de trabajo robóticas se han expandido desde la soldadura en el sector de la automoción hasta la alimentación de máquinas, el paletizado, el almacenamiento, el control de cintas transportadoras e incluso la gestión de vehículos autónomos, donde un importante fabricante de automóviles utiliza paradas de emergencia inalámbricas para supervisar los coches eléctricos que salen por sí mismos de la cadena de montaje y se aparcan de forma autónoma en el patio. Un importante operador de parques temáticos confía en paradas de emergencia inalámbricas con clasificación SIL 3 como medida de seguridad específica para los personajes animatrónicos autónomos que interactúan con los visitantes, incluidos los niños, a corta distancia.
No se trata de casos aislados. Son indicadores de hacia dónde se dirige la automatización y de los ámbitos en los que los sistemas de seguridad tradicionales cableados resultan cada vez más insuficientes. Como señaló Weber, las paradas de emergencia inalámbricas representan «la clave para dar paso a la próxima generación de control autónomo seguro».
Para el operario que está junto a ese robot con la mano suspendida sobre un botón, el mensaje es sencillo: sujétalo al cinturón, da un paso atrás y deja que la máquina haga su trabajo, mientras tú haces el tuyo.