ES2643471T3 - Relé de seguridad biestable - Google Patents

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ES2643471T3 ES12004928.3T ES12004928T ES2643471T3 ES 2643471 T3 ES2643471 T3 ES 2643471T3 ES 12004928 T ES12004928 T ES 12004928T ES 2643471 T3 ES2643471 T3 ES 2643471T3
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Description

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RELE DE SEGURIDAD BIESTABLE DESCRIPCION
La presente invencion se refiere a un equipo de conmutacion para aportar funciones relevantes para la seguridad en la tecnica de automatizacion con un rele electromecanico biestable de amortiguador, as^ como a un procedimiento de prueba para vigilar el equipo de conmutacion.
En la tecnica de automatizacion asumen tanto el control de procesos como tambien el control de funciones relevantes para la seguridad, equipos electronicos de control, por ejemplo controles programables en memoria (SPS). Estos equipos de control disponen, entre otros, de un cierto numero de salidas digitales, mediante las cuales pueden controlarse las cargas electricas en un sistema automatizado. A menudo la maxima corriente electrica disponible en las salidas digitales no es suficiente para alimentar directamente la correspondiente carga electrica, por lo que los correspondientes circuitos de senales de salida del equipo de control tienen que desacoplarse de los circuitos de corriente de carga correspondientes a las cargas. Un tal desacoplamiento se realiza en la tecnica de automatizacion por lo general mediante los llamados reles de acoplamiento, que pueden incluir un rele electromecanico con al menos un circuito de corriente de salida.
Para controlar funciones relevantes para la seguridad en un sistema de automatizacion, se utilizan reles de acoplamiento, que deben cumplir un nivel de integridad de la seguridad (SIL) fijado. Es decir, que estos reles de acoplamiento deben cumplir con un determinado nivel de exigencias de seguridad, por ejemplo segun la norma internacional IEC 61508.
En la tecnica de seguridad se utilizan por lo general reles electromecanicos monopolares, que funcionan segun el llamado principio de corriente de reposo. Estos reles se accionan con una tension presente en la entrada del rele, con lo que los circuitos de corriente de salida, que pueden poseer los llamados contactos de apertura y tambien contactos de cierre, se conectan al correspondiente estado de activado. Si desciende esta tension de entrada en el rele, cae tambien el rele monopolar y se repone a cero. El estado de conexion de los correspondientes circuitos de corriente de salida vana correspondientemente.
El principio de corriente de reposo cumple, entre otras, junto con los llamados contactos de conexion de conduccion forzosa en los reles electromecanicos monopolares, unas elevadas exigencias de seguridad con respecto a la seguridad frente al fallo. Cuando falla la tension a la entrada del rele, asume el rele monopolar forzosamente y por lo tanto con seguridad un estado de conexion definido, es decir, con preferencia de puesta a cero.
A un rele denominado a continuacion rele de seguridad pueden exigfrsele, ademas de la seguridad frente a fallos, otras exigencias adicionales, por ejemplo la posibilidad de probar el circuito de entrada y/o de salida. Para ello puede estar asociado por ejemplo a los componentes electromecanicos del rele un equipo de conmutacion electronico, que puede proporcionar los correspondientes medios de prueba.
La corriente de excitacion para la bobina de un rele de seguridad puede proporcionarla directamente el circuito de senales de salida de un equipo de control, es decir, mediante una conexion de senales de entrada del rele de seguridad. Alternativamente podna proporcionar la corriente tambien un equipo de suministro de energfa auxiliar separado. La corriente puede aportarse en funcion de un nivel de tension a la conexion de senales de entrada a traves de un circuito electronico tal que puede conectarse a la bobina.
En la tecnica de seguridad operan los reles monopolares en un aparato de conmutacion de seguridad usualmente con una potencia nominal (100% Duty Cycle; 100% de periodo activo). Ciertamente existe basicamente la posibilidad de reducir la tension en la bobina del rele por ejemplo con una resistencia previa que puede conectarse o bien seguir operando la bobina con una senal modulada en anchura de impulso, una vez que el rele unipolar se ha activado, con lo que se reduce el consumo de potencia durante el estado de retencion. En cualquier caso, para operar un rele monopolar, es necesaria una potencia relativamente grande, la cual debe proporcionarse en el correspondiente sistema de control como potencia de perdidas desde el equipo de control o desde el equipo de suministro de energfa auxiliar separado.
Como rele de acoplamiento para desacoplar un circuito de senales de salida de un equipo de control de un circuito de corriente de carga de un equipo de automatizacion a controlar (es decir, de la correspondiente carga) pueden utilizarse basicamente tambien reles biestables. Estos reles biestables pueden por ejemplo cambiar mediante un impulso de senal limitado en el tiempo en la entrada del rele de un primer estado de conexion mecanicamente estable a un segundo estado de conexion estable. El rele biestable podna por ejemplo reponerse a cero mediante un segundo impulso de senal, presentando el impulso de senal dado el caso una polaridad invertida respecto a la del primer impulso de tension. Con un equipo de suministro de energfa auxiliar separado y un circuito a la entrada del rele, podna realizarse tambien un control compatible con la senal de salida para el rele monopolar.
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La bobina de un rele biestable absorbe por lo general la correspondiente potencia solo durante un proceso de conmutacion. En ambos estados de conexion estables no necesita la bobina de un rele biestable ninguna corriente de excitacion.
Aun cuando los reles biestables se caracterizan por un menor consumo de energfa y una absorcion de potencia de perdidas independiente del estado de conexion, se consideran los mismos inadecuados para la tecnica de seguridad. En particular al no cumplirse el principio de la corriente de reposo, no puede garantizarse la exigencia SIL por ejemplo con respecto a la seguridad frente a fallos. Por ejemplo en un fallo del equipo de suministro de energfa auxiliar permanecena el rele biestable en su estado actual, con lo que no se asume forzosamente un estado de conexion seguro.
Por el documento DE 101 40 559 A1 se conoce un sistema electromagnetico para un conmutador que puede ser parte de un rele biestable y en el que la potencia de perdidas en servicio de retencion es lo mas reducida posible. El devanado de excitacion del sistema electromagnetico esta conectado con un acumulador de energfa, cuyo contenido energetico es suficiente para soltar el nucleo magnetico del estado de retencion. Esta prevista una unidad de vigilancia para controlar el estado de tension del acumulador de energfa, con lo que el sistema bien conmuta a otra fuente de energfa o bien aparece una senal de falta. Para que pueda utilizarse un rele biestable para la tecnica de seguridad, debe conmutarse el rele biestable cuando falla la alimentacion electrica al estado seguro y deben proporcionarse funciones orientadas a la seguridad de un sistema de automatizacion.
El documento EP 2 383 764 A1 muestra un rele biestable con un sistema de bobina y un nucleo movil, para abrir y cerrar contactos y con un iman permanente, con el cual puede fijarse el nucleo en su posicion. La energfa del acumulador sirve para mover el nucleo del rele hasta su posicion de desconectado del rele. En la unidad de control del rele puede estar prevista una proteccion de tension insuficiente integrada, para asegurar el rele frente a estados de servicio indeterminados.
El documento EP 2 290 383 A1 se refiere a un dispositivo de diagnostico para estimar la vida util que le queda a un condensador. Para ello se descarga el condensador casi por completo a distintas temperaturas y se miden entonces la evolucion de la intensidad y de la tension, lo cual sirve para enjuiciar la vida util restante del condensador.
La presente invencion se ha formulado por lo tanto el objetivo de hacer que, pese a las reservas usuales en cuanto a la tecnica de seguridad, un rele biestable electromecanico pueda utilizarse para la tecnica de seguridad.
Para lograr este objetivo propone la presente invencion un equipo de conexion segun la reivindicacion independiente 1 y un procedimiento de prueba segun la reivindicacion subordinada 10. Variantes y perfeccionamientos ventajosos de la invencion, a modo de ejemplo, son objeto de las correspondientes reivindicaciones dependientes.
En consecuencia incluye un equipo de conmutacion un rele biestable, un equipo de control, un acumulador de energfa, asf como un equipo de prueba. El rele biestable posee al menos un circuito de senales de salida y puede conmutar, en funcion de un circuito de senales de salida, entre dos estados, estando configurado el equipo de control para controlar el rele. El acumulador de energfa sirve para proporcionar una energfa para al menos un cambio de estado del rele biestable. El equipo de prueba esta configurado para probar la funcionalidad del acumulador de energfa.
El acumulador de energfa hace posible un suministro de energfa independiente de componentes externos de un sistema de seguridad, que hace posible una conmutacion segura del rele biestable. Con la prueba de la funcionalidad del acumulador de energfa, se logra una exigencia usual en la tecnica de seguridad, por ejemplo segun la norma europea EN 61508-2.
El equipo de control y el equipo de prueba pueden estar conectados entre sf y estar configurados para, cuando se detecta una falta en el acumulador de energfa, colocar el rele biestable en un estado seguro definido.
Con ello aumenta aun mas el nivel de integridad de la seguridad (SIL), ya que un aparato de conmutacion de seguridad dotado del equipo de conmutacion de acuerdo con la invencion conmuta en caso de falta autonomamente a un estado de conexion seguro. Un tal aparato de conmutacion de seguridad presenta asf propiedades practicamente de seguridad intrmseca.
Complementariamente puede estar configurado el equipo de control para senalizar una falta detectada a componentes externos de un sistema de seguridad e iniciar otra via de desconexion.
El equipo de prueba del equipo de conmutacion puede tener un circuito de corriente de medida, que esta conectado en paralelo con el acumulador de energfa.
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El circuito de corriente de medida puede tener con preferencia un regulador de intensidad de corriente constante, una resistencia de medida y un elemento de conmutacion.
Con preferencia puede presentar el equipo de prueba una conexion de senales de prueba y una primera conexion de senales de medida. El circuito de corriente de medida puede asf conectarse ventajosamente mediante el equipo de control a traves de la conexion de senales de prueba. A traves de la primera conexion de senales de medida puede captar el equipo de control una corriente que fluye a traves del circuito de corriente de medida.
Una tension presente en el acumulador de energfa puede captarse con preferencia a traves de una segunda conexion de senales de medida mediante el equipo de control.
En un perfeccionamiento puede presentar el equipo de prueba un equipo de carga para cargar el acumulador de energfa.
El equipo de prueba puede estar configurado para realizar la prueba dclicamente y el equipo de carga para cargar dclicamente el acumulador de energfa.
El acumulador de energfa del equipo de conmutacion puede presentar con preferencia un condensador. Alternativamente podna incluir el acumulador de energfa tambien un acumulador.
Para lograr el objetivo propone la presente invencion tambien un procedimiento de prueba para comprobar la funcionalidad de un acumulador de energfa de un equipo de conmutacion antes descrito. El procedimiento de prueba incluye entonces al menos las siguientes etapas:
a) carga del acumulador de energfa;
b) descarga del acumulador de energfa con una corriente constante definida durante un tiempo de prueba predeterminado;
c) medicion de la tension presente en el acumulador de energfa durante el tiempo de prueba;
d) determinacion de la capacidad del acumulador de energfa en funcion de la tension medida en la etapa c) y comprobacion de si la capacidad se encuentra dentro de una gama de valores definida.
Las etapas a) y d) citadas del procedimiento de prueba se repiten preferentemente de forma dclica.
El procedimiento de prueba hace posible que una falta en el acumulador de energfa pueda ser detectada en funcion de una desviacion de la capacidad determinada respecto a la gama de valores definida.
La repeticion dclica de las etapas a) a d) se realiza con preferencia periodicamente con una frecuencia constante, pudiendo tener el periodo de prueba por ejemplo una duracion del penodo en la gama de 10 ms hasta 100 ms. La senal de prueba generada periodicamente hace posible una comprobacion practicamente continua del acumulador de energfa.
Asf puede captarse dinamicamente una desviacion de la capacidad, al captarse un desajuste de la senal de prueba periodica mediante el equipo de control 10.
En un perfeccionamiento ventajoso del procedimiento de prueba, puede determinarse la corriente durante la descarga, con lo que en funcion de una desviacion de la corriente determinada respecto al valor de la corriente constante definida, puede detectarse una falta en el acumulador de energfa y/o en el circuito de corriente de medida.
El procedimiento de prueba puede prever que al detectar una falta se coloque el rele de seguridad en un estado seguro.
La invencion se describira a continuacion detalladamente en base a una forma de realizacion a modo de ejemplo con referencia a ambos dibujos adjuntos. En los dibujos muestran:
figura 1 un esquema de bloques de circuitos correspondiente a un equipo de seguridad con un equipo de conmutacion de acuerdo con la invencion;
figura 2 un esquema de circuitos correspondiente a un circuito de prueba con un acumulador de energfa conectado en paralelo.
La figura 1 muestra a modo de ejemplo un esquema de bloques de circuitos correspondiente a un equipo de conmutacion 1 de acuerdo con la invencion, que es adecuado para un rele de seguridad biestable. Este equipo de conmutacion 1 incluye un equipo de control 10 con una conexion de senales de entrada UE para una senal de tension de entrada y con una conexion de masa GND con un potencial de referencia. Las dos conexiones UE y GND forman el circuito de entrada de senales del equipo de conmutacion 1 y sirven para la conexion por ejemplo al circuito de senales de salida de un control programable en memoria (SPS) no representado.
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El correspondiente SPS esta configurado preferentemente para proporcionar funciones orientadas a la seguridad de un sistema de automatizacion y proporciona en una salida digital (es decir, un circuito de senales de salida) la senal de entrada para controlar el rele de seguridad. Una tal salida digital puede, en funcion de las exigencias al nivel de integridad de la seguridad (SIL), estar configurada para vigilar el circuito de senales de entrada en cuanto a faltas en el cableado o a faltas en la zona de entrada del rele de seguridad, pudiendo estar adaptado el equipo de control 10 a una tal funcionalidad de vigilancia por ejemplo con la correspondiente impedancia de entrada.
El equipo de conmutacion 1 representado incluye ademas un equipo de activacion 20, un rele biestable 30, un acumulador de energfa 41 y un equipo de prueba 50. El rele biestable 30 posee una primera y una segunda conexiones de bobina 31 y 32, asf como un primer par de contactos 33 y 34 de un equipo de contactos de apertura y un segundo par de contactos 35 y 36 de un equipo de contacto de cierre, que estan abiertos o bien cerrados en funcion del estado de conexion del rele.
Cuando es positiva la diferencia de potencial entre la primera 31 y la segunda 32 conexiones de la bobina, fluye la correspondiente corriente desde la primera conexion de la bobina 31 a traves del devanado de la bobina hasta la segunda conexion de la bobina 32, con lo que el rele biestable 30 resulta atrafdo. El rele 30 se activa, con lo que se abre el dispositivo de contacto de apertura y se cierra correspondientemente el dispositivo de contacto de cierre. Con una polaridad invertida de la tension entre ambas conexiones de bobina 31 y 32, fluye en consecuencia una corriente en sentido contrario a traves de la bobina, con lo que el rele se repone a cero. El estado de puesta a cero del rele 30 define en el presente ejemplo el estado seguro del equipo de conmutacion 1.
Por razones de compatibilidad con los reles de seguridad monopolares usuales, debe asumir el rele biestable 30, cuando existe una senal de entrada a la conexion de senales de entrada UA, el estado de activado. Si no existe ninguna senal en el circuito de entrada de senales del equipo de conmutacion 1, debe encontrarse el rele 30 en el estado de puesta a cero o bien conmutarse al mismo. Es decir, que cuando se da un flanco creciente en la senal de entrada, se activa el rele biestable 30 y cuando se da un flanco descendente de la senal de entrada, se pone a cero el rele 30.
La energfa o bien la intensidad de corriente que se necesita para conmutar el rele biestable 30, se obtiene con preferencia del circuito de entrada de senales y con ello lo proporciona una salida digital de un SPS. Alternativamente puede estar prevista en el equipo de conmutacion 1 una conexion de energfa auxiliar separada UB, a la que por ejemplo puede conectarse un equipo de alimentacion externo.
El equipo de control 10 evalua el estado de la senal de entrada presente en la conexion de senales de entrada UA y controla por ejemplo como consecuencia de un cambio de nivel del estado de la senal de entrada, el rele biestable 30 mediante el equipo de activacion 20. El equipo de activacion 20 posee por ejemplo dos interruptores semiconductores que pueden controlarse mediante el equipo de control 10 y que no se representan en la figura 1. Ambos interruptores semiconductores pueden proporcionar en la primera conexion de la bobina 31 en cada caso un potencial de tension definido para activar un proceso de conmutacion en el rele biestable 30. Con un primer interruptor semiconductor puede unirse la primera conexion de la bobina 31 con el potencial de la conexion de senales de entrada UE o alternativamente con el potencial de la conexion de energfa auxiliar UB. Un potencial de tension en la segunda conexion de la bobina 32 puede proporcionarse mediante el acumulador de energfa 40 o si se necesita tambien mediante el equipo de prueba 50.
Para activar el rele biestable 30, como consecuencia de una senal de entrada presente en la conexion de senales de entrada UE, se conecta a conduccion el primer interruptor semiconductor, con lo que en la primera conexion de la bobina 31 se encuentra una tension positiva, que se obtiene desde el circuito de entrada de senales o se proporciona desde el equipo de alimentacion externo. La segunda conexion de la bobina 32 esta unida a traves del acumulador de energfa 40 (por ejemplo un condensador 41) con el potencial de referencia de la conexion a masa GND. Debido a la diferencia de tensiones entre la primera conexion de la bobina 31 y la conexion a masa GND, fluye una corriente a traves de la bobina del rele biestable 30 hasta el acumulador de energfa 40. El rele biestable 30 se conduce asf al estado de activado. Simultaneamente se carga el acumulador de energfa 40 que en el instante de conexion aun no se ha cargado mediante la corriente que fluye a traves del rele biestable 30. Tras cargarse el acumulador de energfa 40, puede separarse la primera conexion de la bobina 31 mediante el equipo de activacion 20 de la tension de la senal de entrada o bien de la conexion de energfa auxiliar UB, permaneciendo el rele 30 estable en el estado de activado.
Para reponer a cero el rele biestable, por ejemplo como consecuencia de un flanco de senal descendente en la conexion de senales de entrada UE, se une la primera conexion de la bobina 31 mediante el equipo activador 20 controlado por el equipo de control 10 con el potencial de referencia del equipo de conmutacion 1. El acumulador de energfa 40 cargado proporciona en la segunda conexion de la bobina 32 una tension positiva. Mediante la diferencia de potencial entre ambas conexiones de la bobina, fluye una corriente desde la segunda conexion de la bobina 32 a traves de la bobina hacia la primera conexion de la bobina 31, con lo que en el rele biestable 30 se realiza un cambio al estado de puesta a cero.
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En funcion de la configuracion tecnica de conexion del equipo de activacion 20, puede ser necesaria dado el caso una descarga completa del acumulador de ene^a 40, para hacer posible una nueva activacion del rele biestable 30.
Si esta conectado un equipo de alimentacion externo al equipo de conmutacion 1, podna aportarse la tension para poner a cero el rele biestable 30 en la segunda conexion de la bobina 32 tambien mediante la conexion de energfa auxiliar UB. Las correspondientes vfas de conexion, por ejemplo a traves del equipo de medida 50, no se representan en las figuras.
El acumulador de energfa 40 proporciona en cualquier caso una fuente de energfa independiente de fuentes de energfa externas para poner a cero el rele biestable 30, definiendo el estado de puesta a cero el estado de conexion seguro del rele biestable 30.
Para cumplir las exigencias SIL por ejemplo con respecto al comportamiento en fallo de un rele de seguridad biestable con un equipo de conmutacion 1 representado, es necesario garantizar continuamente que existe una energfa suficiente para al menos un cambio de estado, es decir, un cambio al estado de conexion definido como estado seguro. Para cumplir esta exigencia de seguridad, posee el equipo de conmutacion 1 representado el equipo de prueba 50, que esta conectado en el circuito de corriente de control del rele 30 en paralelo al acumulador de energfa 40 y que esta configurado para la prueba dclica del acumulador de energfa 40. El equipo de prueba 50 esta conectado a traves de cinco lmeas de senales 60 con el equipo de control 10.
En la figura 2 se muestra una estructura posible del equipo de prueba 50 en un ejemplo de conexion. Analogamente a la representacion de la figura 1, esta conectado el equipo de prueba 50 por un lado con la conexion de la bobina 32 y por otro con el potencial de referencia del equipo de conmutacion. El acumulador de energfa 40 incluye un condensador 41, que esta conectado entre la segunda conexion de la bobina 32 y el potencial de referencia y por lo tanto esta conectado en paralelo con el equipo de prueba 50.
El circuito de prueba 50 representado en la figura 2 incluye un circuito de corriente de medida 51, que incluye un regulador de corriente constante 510 y una resistencia de medida 513. El circuito de corriente de medida 51 esta conectado en paralelo al condensador 41 del acumulador de energfa 40 y puede activarse mediante un elemento de conmutacion, que esta representado como transistor bipolar npn 514. El circuito de prueba 50 posee ademas un equipo de carga 52, que sirve para recargar el acumulador de energfa y tambien para poner a cero el rele biestable.
El equipo de prueba 50 se controla mediante el equipo de control 10. Con ayuda del equipo de prueba 50 se captan los valores de medida mediante el equipo de control 10 y se evaluan correspondientemente. El control y la evaluacion se realizan mediante las cinco lmeas de senales 60, que segun la figura 1 constituyen un enlace bidireccional entre el equipo de prueba 50 y el equipo de control 10. Las cinco lmeas de senales 60 incluyen una entrada de tension de carga 61, una conexion de senales de prueba 62, una primera y una segunda conexiones de senales de medida 63 y 64, asf como una conexion de senales de carga 65.
El regulador de corriente constante 510 de la figura 2 incluye a modo de ejemplo un transistor de efecto de campo de capa de bloqueo (JFET) 511 con una resistencia de fuente (source) 512 de realimentacion a la puerta (gate). Alternativamente podna utilizarse por ejemplo tambien un diodo regulador de corriente como regulador de corriente constante en lugar del circuito 511 y 521 representado. Cuando se activa el circuito de corriente de medida 51 con el transistor bipolar 514 que puede controlarse mediante el equipo de control 10 a traves de la conexion de senales de prueba 62, entonces puede descargarse espedficamente el acumulador de energfa 40 con una corriente constante. La corriente de descarga que fluye a traves del circuito de corriente de medida 51 puede captarse mediante la cafda de tension correlada en la resistencia de medida 513 y con ello comprobarse en cuanto a plausibilidad mediante el equipo de control 10.
En la entrada de la tension de carga 61 se proporciona una tension para recargar el condensador 41, que se obtiene dentro del equipo de control 10 a partir de la senal de entrada en la conexion de senales de entrada UE o a partir de una tension en la conexion de energfa auxiliar UB. Cuando se emite una senal en la conexion de senales de carga 65, conduce la etapa del transistor de ambos transistores bipolares 522 y 524, con lo que fluye una corriente de carga a traves del diodo de desacoplamiento 521 hasta el acumulador de energfa 40. Caso necesario, por ejemplo cuando se detecta una falta en el acumulador de energfa 40, puede proporcionarse a traves de la entrada de la tension de carga 61 la energfa electrica para poner a cero el rele biestable 30, siempre que se disponga de una tension suficiente en la conexion de senales de carga 61.
El equipo de control 10 y el equipo de prueba 50 pueden probar conjuntamente el acumulador de energfa 40 dclicamente en un procedimiento de prueba y detectar si el contenido en energfa almacenado es suficiente para poner a cero con seguridad el rele biestable 30.
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El procedimiento de prueba dclico comienza una vez que la tension positiva en la primera conexion de la bobina 31, tras activar el rele biestable 30 y tras cargar el acumulador de energfa 40, se ha puesto cero mediante el equipo de activacion 20
Si el suministro de energfa del equipo de conmutacion 1 se proporciona mediante la conexion de energfa auxiliar separada UB, entonces puede realizarse el procedimiento de prueba dclico de forma continua, independientemente del estado del rele biestable, es decir, incluso inmediatamente al proporcionarse la tension de alimentacion.
Para probar el condensador 41 aplica el equipo de control 10 un nivel de tension positivo en la conexion de senales de prueba 62 del equipo de prueba 50, con lo que el transistor bipolar 514 conduce. Asf se activa el circuito de corriente de medida 51 conectado en paralelo al condensador 41, con lo que fluye una corriente de descarga constante. A traves de la resistencia de medida 513 y del transistor bipolar 514 cae una tension proporcional a la corriente de descarga que fluye, la cual se transmite a traves de la primera conexion de senales de entrada 63 al equipo de control 10.
El equipo de control 10, que por ejemplo puede incluir un microcontrolador, lee por ejemplo mediante un convertidor D/A la tension proporcionada a traves de la primera conexion de senales de medida 63 y comprueba la misma en cuanto a plausibilidad, estando archivada la corriente de descarga prevista a traves del regulador de corriente constante 510 como valor de referencia en el equipo de control 10.
Durante el proceso de descarga se capta continuamente la tension presente en el condensador 41 a traves de la segunda conexion de senales de medida 64 mediante el equipo de control 10. La duracion de la descarga del condensador 41 durante cada ciclo de prueba corresponde bien a un espacio de tiempo definido o bien queda limitada a que se alcance una tension minima en el condensador 41.
Mediante la medicion en el tiempo de la tension presente en el condensador 41 durante todo el tiempo de descarga, conoce el equipo de control 10 la tension presente en el condensador 41 al comienzo y al final de la descarga. Puesto que condensador 41 se descarga con una corriente constante, cae la tension aplicada al condensador 41 linealmente con el tiempo de descarga. Esta relacion lineal posibilita un calculo del valor de la capacidad del condensador 41.
Una vez que el equipo de control 10 ha captado los valores de medida, se desactiva el circuito de corriente de medida 51 y se activa el equipo de carga 52 mediante una senal de tension positiva en la conexion de senales de carga 45. Asf se recarga el condensador.
La duracion At y la diferencia de tensiones AU de la tension descendente presente durante la descarga en el condensador, son las magnitudes relevantes para calcular la capacidad, que pueden captarse mediante tecnica de medida facilmente por medio de un microcontrolador del equipo de control 10. Una de ambas magnitudes de medida At o aU se fija para una medicion. La corriente de descarga I esta predeterminada mediante el regulador de corriente constante 510 en el circuito de corriente de medida 51. Segun las ecuaciones
AW = V* • AU • I • At
y
AW = ^ • AU2 • C
se calcula la capacidad C del condensador 41 de la siguiente forma:
C = (I • At) / AU .
Una vez determinada la capacidad del condensador 41, puede compararse por ejemplo el valor determinado con un valor de consigna para la capacidad C. Si no se alcanza al realizar la medicion un valor de capacidad exigido, puede deducirse que hay una falta en el condensador 41.
Mediante un cambio dclico rapido entre proceso de medida y recarga, que puede realizarse por ejemplo con un periodo de una duracion de entre 20 ms y 100 ms, puede pasarse de la medicion estatica antes descrita a un procedimiento de prueba dinamico.
Una senal generada por el equipo de control 10 y el equipo de prueba 50, se desajustana correspondientemente al haber una desviacion de la capacidad C del condensador 41. Una forma de senal captada con el equipo de pruebas 50 operado dinamicamente, debe coincidir con una senal definida en el equipo de control 10 dentro de una zona de tolerancia previamente determinada, detectandose caso contrario una falta o bien una capacidad incorrecta en el condensador 41.
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35
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45
50
Con un tal equipo de pruebas dinamico, puede lograrse un elevado grado de cobertura de diagnostico del 99%. Asf pueden por ejemplo cumplirse tambien las exigencias definidas en la norma europea EN 615082, parte 2, tabla A3 “Hardware con pruebas automaticas" o tabla A3 “Inspeccion utilizando patrones de prueba".
Cuando detecta el equipo de control 10 una falta en el acumulador de energfa, se repone el rele biestable 30 al estado seguro mediante el equipo de activacion 20, que se alimenta mediante una tension presente en la entrada de tension de carga 61.
Una falta detectada por el equipo de control 10, puede senalizarse adicionalmente a traves de la conexion de senales de salida UA por ejemplo a un equipo de control de orden superior. En particular cuando debido a una perturbacion ya no es posible poner a cero el rele biestable, puede iniciarse mediante la falta senalizada otra via de desconexion, es decir, una via redundante.
Lista de referencias
1 equipo de conmutacion
10 equipo de control
20 equipo de activacion
30 rele biestable
31 primera conexion de la bobina
32 segunda conexion de la bobina
33 primera borna de conexion del contacto de apertura
34 segunda borna de conexion del contacto de apertura
35 primera borna de conexion del contacto del cierre
36 segunda borna de conexion del contacto del cierre
40 acumulador de energfa
41 condensador
50 equipo de prueba
51 circuito de corriente de medida
510 regulador de corriente constante
511 transistor de efecto de campo de capa de bloqueo (JFET)
512 resistencia
513 resistencia de medida
514 elemento de conmutacion/transistor bipolar npn
515 resistencia
52 equipo de carga
521 diodo de desacoplamiento
522 transistor bipolar pnp
523 resistencia
524 transistor bipolar npn
525 resistencia de base
60 cinco lmeas de senales
61 entrada de la tension de carga
62 conexion de senales de prueba
63 primera conexion de senales de medida
64 segunda conexion de senales de medida
65 conexion de senales de carga GND conexion a masa
UE conexion de senales de entrada UB conexion de energfa auxiliar
UA conexion de senales de salida

Claims (12)

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    10
    15
    20
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    30
    35
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    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Equipo de conmutacion (1) que incluye
    - un rele biestable (30) que puede conmutarse entre un estado de activado y un estado de puesta a cero en funcion de la respectiva corriente de control asociada, para conmutar al menos un circuito de corriente de salida (35, 36),
    - un acumulador de energfa (40) para proporcionar la energfa para al menos un cambio de estado del rele biestable (30),
    - un equipo de prueba (50) para probar la funcionalidad del acumulador de energfa (40) y
    - un equipo de control (10), configurado para controlar el rele (30),
    caracterizado porque el equipo de control (10) presenta una conexion de senales de entrada (UE) para una senal de tension de entrada y una conexion de masa (GND) con un potencial de referencia, que constituyen el circuito de entrada de senales del equipo de conmutacion (1) y que estan conectados con un control programable en memoria, que proporciona funciones orientadas a la seguridad de un sistema de automatizacion, en el que al aplicar una senal de entrada a la conexion de senales de entrada (UE), el rele biestable (30) asume el estado de activado y cuando falta la senal
    asume el estado de puesta a cero del rele (30), que define el estado seguro del equipo de
    conmutacion (1).
  2. 2. Equipo de conmutacion (1) de acuerdo con la reivindicacion 1,
    en el que el equipo de control (10) y el equipo de prueba (50) estan unidos entre sf bidireccionalmente mediante lmeas de senales (60) y para ello presentan una entrada de la tension de carga (61), una conexion de senales de prueba (62), una primera y segunda conexiones de senales de medida (63, 64) asf como una conexion de senales de carga (65) y estan configurados para, al detectar una falta en el acumulador de energfa (30), reponer el rele biestable (10) a cero.
  3. 3. Equipo de conmutacion (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
    en el que el equipo de prueba (50) tiene un circuito de corriente de medida (51), que esta conectado en paralelo con el acumulador de energfa (40).
  4. 4. Equipo de conmutacion (1) de acuerdo con la reivindicacion 3,
    en el que el circuito de corriente de medida (51) incluye un regulador de intensidad de corriente constante (510), una resistencia de medida (513) y un elemento de conmutacion (514).
  5. 5. Equipo de conmutacion (1) de acuerdo con las reivindicaciones 2 a 4,
    en el que el equipo de control (10) puede conectar a traves de la conexion de senales de prueba (62) el circuito de corriente de medida (51) del equipo de prueba (50) y en el que el equipo de control (10) puede detectar mediante la primera conexion de senales de medida (63) una corriente que fluye a traves del circuito de corriente de medida (51).
  6. 6. Equipo de conmutacion (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 2 a 5,
    en el que el equipo de control (10) puede detectar mediante la segunda conexion de senales de medida (64) una tension presente en el acumulador de energfa (40)
  7. 7. Equipo de conmutacion (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 1 a 6,
    en el que el equipo de prueba (50) presenta un equipo de carga (52) para cargar el acumulador de energfa (40).
  8. 8. Equipo de conmutacion (1) de acuerdo con la reivindicacion 7,
    en el que el equipo de prueba (50) esta configurado para realizar la prueba dclicamente y el equipo de carga (52) para cargar dclicamente el acumulador de energfa (40).
  9. 9. Equipo de conmutacion (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 1 a 8, en el que el acumulador de energfa (40) presenta al menos un condensador (41).
  10. 10. Procedimiento de prueba para comprobar la funcionalidad del acumulador de energfa (40) del equipo de conmutacion (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 2 a 9,
    que incluye las siguientes etapas:
    a) carga del acumulador de energfa (40) durante la aplicacion de una senal de tension de entrada (UE) o mediante una conexion de energfa auxiliar separada (UB) o bien recarga del acumulador de energfa (40), controlada mediante la conexion de senales de carga (65);
    b) activacion de la conexion de senales de prueba (62) y descarga del acumulador de energfa (40) a traves de una resistencia de medida (513) con una intensidad de corriente constante definida durante un tiempo de prueba previamente determinado;
    c) a traves de la primera conexion de senales de medida (63), toma de la tension que cae en la resistencia de medida (513) y de esta manera medicion de la tension presente en el acumulador de energfa (40) durante el tiempo de prueba;
    d) determinacion de la capacidad del acumulador de energfa (40) en funcion de la tension medida en la etapa c) y
    e) comprobacion de si la capacidad se encuentra dentro en una gama de valores definida.
  11. 11. Procedimiento de prueba de acuerdo con la reivindicacion precedente 10, en el que las etapas a) hasta e) se repiten dclicamente.
    5
  12. 12. Procedimiento de prueba de acuerdo con una de ambas reivindicaciones precedentes 10 u 11,
    en el que en funcion de una desviacion de la capacidad determinada respecto a la gama de valores definida, se detecta una falta en el acumulador de energfa (40).
    10 13. Procedimiento de prueba de acuerdo con la reivindicacion 11 o 12,
    en el que mediante un cambio dclico rapido entre proceso de medida y recarga, realizado mediante repeticion dclica de las etapas a) hasta e), se genera una senal de prueba periodica, que se desajusta cuando se desvfa la capacidad de la gama de valores definida.
    15 14. Procedimiento de prueba de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 14,
    en el que se determina la corriente durante la descarga del acumulador de energfa (40) y cuando la corriente determinada se desvfa del valor de la corriente constante definida, se detecta una falta en el acumulador de energfa (40).
    20 15. Procedimiento de prueba de acuerdo con la reivindicacion precedente 14,
    en el que al detectarse una falta, se coloca el rele biestable (30) en el estado de puesta a cero.
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