El variador de frecuencia ya no es solo un actuador de velocidad: integra funciones que permiten detener, limitar o supervisar el movimiento con un nivel de integridad declarado. Este artículo complementa Seguridad funcional en factory y process automation, donde se trataron SIL, PL, ISO 13849-1 e IEC 62061, y se centra en las subfunciones de seguridad de IEC 61800-5-2, su relación con las categorías de parada y su implementación. El funcionamiento del inversor se describe en Principio de funcionamiento del variador de frecuencia.
IEC 61800-5-2: la norma de los PDS(SR)
IEC 61800-5-2:2016 (edición 2.0) establece requisitos para el diseño, integración y validación de sistemas de accionamiento de potencia relacionados con la seguridad, PDS(SR) (safety-related power drive systems), en el marco de IEC 61508 [1]. Se concentra en el modo de alta demanda o continuo, habitual en maquinaria.
Esta edición emplea el término subfunción de seguridad (safety sub-function): el variador ejecuta solo una parte de la función de seguridad de la máquina, que incluye además sensores y lógica. La seguridad eléctrica, térmica y energética del equipo corresponde a IEC 61800-5-1 [2].
Categorías de parada según IEC 60204-1
IEC 60204-1 define tres categorías de parada [3]: la categoría 0, por supresión inmediata de la energía a los actuadores (parada no controlada); la categoría 1, parada controlada con supresión de la energía una vez alcanzada la detención, y la categoría 2, parada controlada en la que la energía permanece disponible. Las subfunciones de parada de IEC 61800-5-2 corresponden a ellas: STO a la categoría 0, SS1 a la 1 y SS2 a la 2 [1].
STO: desconexión segura del par
La desconexión segura del par, STO (Safe Torque Off), impide que el accionamiento entregue al motor energía capaz de producir par [1]. Se implementa bloqueando, por dos vías independientes, los impulsos de disparo de los semiconductores del inversor: sin conmutación no se sintetizan las tensiones de salida y el motor queda sin par.
Frente a la interrupción mediante contactor, STO no realiza maniobras en el circuito de potencia, por lo que elimina el desgaste de contactos; mantiene cargado el circuito intermedio, lo que permite un rearme rápido, y reduce cableado y espacio en el tablero.
Dos advertencias son fundamentales. STO no proporciona aislamiento eléctrico: en los bornes puede persistir tensión peligrosa, y los trabajos eléctricos requieren seccionamiento según IEC 60204-1 [3]. Además, si la carga tiene par gravitatorio (cargas suspendidas, ejes verticales) o puede ser arrastrada por el proceso, la ausencia de par no detiene el movimiento: se necesita un freno mecánico comandado mediante SBC (Safe Brake Control).
SS1, SS2 y SOS
La parada segura 1, SS1 (Safe Stop 1), desacelera el motor y luego activa STO. IEC 61800-5-2:2016 distingue tres variantes [1]:
- SS1-d: inicia y controla la desaceleración dentro de límites definidos y activa STO cuando la velocidad baja de un umbral.
- SS1-r: inicia y supervisa que la rampa de desaceleración permanezca dentro de límites definidos, y activa STO cuando la velocidad baja de un umbral.
- SS1-t: inicia la desaceleración y activa STO tras un retardo específico de la aplicación.
SS1-t no requiere realimentación de velocidad; SS1-r necesita medirla, pero detecta una desaceleración anómala.
La parada segura 2, SS2 (Safe Stop 2), tiene variantes análogas, pero al final activa la parada operativa segura, SOS (Safe Operating Stop): el motor mantiene par y se supervisa que la posición permanezca en una ventana definida, lo que permite intervenciones breves sin perder la referencia.
Otras subfunciones de supervisión y salida
La Tabla 1 resume las subfunciones más empleadas. Ante la transgresión de un límite, el accionamiento ejecuta una reacción configurada, típicamente STO o SS1.
Tabla 1. Subfunciones de seguridad de IEC 61800-5-2 [1]
| Función | Sigla (inglés) | Descripción | Categoría de parada asociada | Aplicación típica |
|---|---|---|---|---|
| Desconexión segura del par | STO (Safe Torque Off) | Suprime la energía que produce par | 0 | Parada de emergencia |
| Parada segura 1 | SS1 (Safe Stop 1) | Desacelera y luego activa STO | 1 | Ejes de gran inercia |
| Parada segura 2 | SS2 (Safe Stop 2) | Desacelera y luego activa SOS | 2 | Ejes que deben conservar posición |
| Parada operativa segura | SOS (Safe Operating Stop) | Supervisa la detención con par aplicado | Reacción configurable | Carga y descarga manual |
| Velocidad limitada con seguridad | SLS (Safely-Limited Speed) | Impide superar un límite de velocidad | Reacción configurable | Modo de ajuste o limpieza |
| Dirección segura | SDI (Safe Direction) | Impide el movimiento en el sentido no permitido | Reacción configurable | Retroceso de transportadores |
| Posición limitada con seguridad | SLP (Safely-Limited Position) | Impide superar límites de posición | Reacción configurable | Delimitación de zonas de trabajo |
| Par limitado con seguridad | SLT (Safely-Limited Torque) | Impide superar un límite de par | Reacción configurable | Riesgo de atrapamiento |
| Monitor de velocidad segura | SSM (Safe Speed Monitor) | Señal segura de velocidad bajo un límite | No aplica (salida de señal) | Desbloqueo de resguardos |
| Control seguro del freno | SBC (Safe Brake Control) | Comanda con seguridad un freno externo | Complementa STO | Cargas suspendidas, ejes verticales |
Implementación: cableado o comunicación de seguridad
Las subfunciones pueden solicitarse mediante entradas de seguridad cableadas de dos canales, compatibles con pulsos de prueba (test pulses) que detectan cortocircuitos y cruces entre conductores; es la opción natural para un STO accionado por un relé de seguridad.
Con varias subfunciones conviene la comunicación de seguridad según IEC 61784-3 [4]. En PROFIBUS y PROFINET, el perfil PROFIsafe [5] transporta los telegramas de seguridad por el mismo medio que la comunicación estándar, bajo el principio de canal negro (black channel). PROFIsafe convive con el perfil PROFIdrive, de modo que una misma conexión transporta consignas, valores reales y comandos como STO, SS1 o SLS.
Valores característicos y verificación de la función completa
El fabricante declara, para cada subfunción, el límite de capacidad SIL, SIL CL (SIL claim limit), y/o el PL con su categoría, la probabilidad de fallo peligroso por hora, PFH (probability of dangerous failure per hour), el tiempo de misión (mission time) y los requisitos de prueba periódica [1].
Estos valores no bastan por sí solos: el integrador combina los subsistemas de sensor, lógica y actuador (variador y freno), suma sus PFH y verifica que se alcance el PL requerido según ISO 13849-1 [6] o el SIL requerido según IEC 62061 [7].
La validación comprende análisis y pruebas funcionales, incluida la inyección de fallos cuando corresponda, según ISO 13849-2 [8]. La parametrización (umbrales, rampas, retardos y reacciones) debe documentarse y verificarse tras cada cambio, y las pruebas periódicas indicadas por el fabricante, como activar STO a intervalos definidos para detectar fallos latentes, se incorporan al plan de mantenimiento.
Aplicaciones en la industria
- Minería: en transportadores, STO o SS1 asociados a cables de tirón (pull cords) detienen la correa sin maniobrar contactores de potencia; SDI evita retrocesos y SLS permite la inspección a velocidad reducida.
- Celulosa: en prensas y cortadoras, SS1-r supervisa la detención de masas de gran inercia y SBC comanda frenos en ejes con riesgo de caída.
- Alimentos: en máquinas de envasado, SLS y SOS permiten limpieza y cambio de formato sin desenergizar el accionamiento.
Conclusión
IEC 61800-5-2 convierte al variador en un componente activo de la cadena de seguridad: STO ofrece una parada de categoría 0 sin maniobra en el circuito de potencia, SS1 y SS2 cubren las paradas controladas y las subfunciones de supervisión permiten intervenir con movimiento limitado. El beneficio se concreta al verificar la función completa, documentar la parametrización y respetar sus límites: STO no aísla eléctricamente ni retiene cargas con par gravitatorio.
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Referencias
[1] IEC. IEC 61800-5-2:2016 – Adjustable speed electrical power drive systems – Part 5-2: Safety requirements – Functional. Ginebra: International Electrotechnical Commission, 2016.
[2] IEC. IEC 61800-5-1:2022 – Adjustable speed electrical power drive systems – Part 5-1: Safety requirements – Electrical, thermal and energy. Ginebra: International Electrotechnical Commission, 2022.
[3] IEC. IEC 60204-1:2016+AMD1:2021 – Safety of machinery – Electrical equipment of machines – Part 1: General requirements. Ginebra: International Electrotechnical Commission, 2021.
[4] IEC. IEC 61784-3:2021 – Industrial communication networks – Profiles – Part 3: Functional safety fieldbuses – General rules and profile definitions. Ginebra: International Electrotechnical Commission, 2021.
[5] PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. PROFIsafe – Profile for Safety Technology on PROFIBUS DP and PROFINET IO, versión 2.6MU2.1, n.º de pedido 3.192. Karlsruhe: PROFIBUS & PROFINET International, 2026.
[6] ISO. ISO 13849-1:2023 – Safety of machinery – Safety-related parts of control systems – Part 1: General principles for design. Ginebra: International Organization for Standardization, 2023.
[7] IEC. IEC 62061:2021 – Safety of machinery – Functional safety of safety-related control systems. Ginebra: International Electrotechnical Commission, 2021.
[8] ISO. ISO 13849-2:2012 – Safety of machinery – Safety-related parts of control systems – Part 2: Validation. Ginebra: International Organization for Standardization, 2012.