Fuente: Parte I. : http://www.aimme.es/archivosbd/observatorio_oportunidades/compatibilidad-electromagnetica-guia.pdf
La Compatibilidad Electromagnética (EMC, en sus siglas en inglés) es definida en la Directiva de EMC como "la capacidad de los equipos para funcionar de forma satisfactoria en su entorno electromagnético sin introducir perturbaciones electromagnéticas intolerables para otros equipos situados en ese mismo entorno", y abarca dos principios básicos:
• No perturbar a los otros equipos: no emitir perturbaciones por encima de un nivel dado (a esto se le llama "emisión de perturbaciones").
• No ser perturbado por otros equipos: tener un nivel de protección suficiente para no ser perturbado fácilmente (a esto se le llama "inmunidad a las perturbaciones").
ASPECTOS REGULATORIOS
Desde el punto de vista regulatorio, la Directiva de nuevo enfoque 89/336/EEC, en vigor desde Enero de 1996, obliga a los fabricantes a garantizar que los productos recogidos en el ámbito de aplicación de la directiva, dispongan de un nivel suficiente de inmunidad y reduzcan sus emisiones. La segunda edición de la Directiva de EMC 2004/108/EC, publicada en el Diario Oficial de la Unión Europea L 390 el 31 de Diciembre de 2004, y aplicable a partir del 20 de Julio de 2007, ofrece tres procedimientos de evaluación de la conformidad: dos de ellos para los llamados "aparatos" y uno para las "instalaciones fijas".
Procedimientos de evaluación para "aparatos":
1. La correcta aplicación de todas las normas armonizadas relevantes cuyas referencias hayan sido publicadas en el Diario Oficial de la Unión Europea.
2. Si no se aplican las normas armonizadas o se aplican sólo en parte: realización de una "evaluación de la compatibilidad electromagnética" del aparato, basándose en los fenómenos pertinentes, con el fin de cumplir los requisitos de protección de la directiva.
La implicación de un Organismo Notificado (anteriormente denominado Organismo Competente)
ya no es obligatorio, incluso si se sigue el segundo procedimiento. Sin embargo, a discreción del fabricante o de su representante autorizado en la Unión Europea, un Organismo Notificado puede estar implicado en el procedimiento de evaluación de la conformidad.
Procedimiento de evaluación para "instalaciones fijas":
• Una instalación fija deberá de ser instalada aplicando unas buenas prácticas de ingeniería y respetando la información sobre la función y uso de sus componentes, con el fin de cumplir los requisitos de protección de la directiva. Dichas buenas prácticas deberán de estar documentadas, y mientras la instalación fija se encuentre en servicio, la documentación correspondiente deberá ser guardada por la persona o personas responsables, a disposición de las autoridades nacionales pertinentes para posible inspección.
• Debido a sus características específicas, las instalaciones fijas no están sujetas a la obligación de llevar la marca “CE” ni a la Declaración de Conformidad.
Una "Guía de Aplicación" de la Directiva 2004/108/EC (nueva Directiva de EMC aprovada el 31/12/2004) está siendo preparada por la Comisión Europea.
¿CÓMO SE APLICA LA DIRECTIVA DE EMC A LAS MÁQUINAS-HERRAMIENTA?
El fabricante es responsable de su producto, y esta responsabilidad está formalmente definida mediante una Declaración de Conformidad con la Directiva de EMC.
La Directiva de EMC indica que se considerará que existe una presunción de conformidad con los requisitos de protección de EMC (emisión e inmunidad) por parte de todos los aparatos que cumplan las normas armonizadas (EN) identificadas como relevantes mediante la publicación de sus números de referencia en el Diario Oficial de la Unión Europea (OJEU, en sus siglas en inglés). El procedimiento aparece descrito en la Guía 25 de CENELEC.
El camino más sencillo para dicho cumplimiento es que el fabricante utilice las normas que abarcan todos los requisitos de protección EMC de la Directiva, en cuyo caso el fabricante debe de aplicar todos los requisitos normativos EMC de las normas indicadas en el OJEU cuyo alcance es aplicable al producto en particular.
En ausencia de normas de producto apropiadas, es decir, normas de familia de producto o normas específicas de producto publicadas en la lista del OJEU, para demostrar el cumplimiento se aplicarán las normas genéricas.
CENELEC ha publicado dos normas EMC de familia de producto para máquina-herramienta.
EN 50370-1: Compatibilidad electromagnética (EMC) - Norma de familia de producto para máquina-herramienta. Parte 1: Emisiones; Abril 2005.
La norma EN 50370-1 apareció en el OJEU en 2005 con fecha de cese 01/02/2008.
EN 50370-2: Compatibilidad electromagnética (EMC) - Norma de familia de producto para máquina-herramienta. Parte 2: Inmunidad; Enero 2003.
La norma EN 50370-2 apareció en el OJEU en 2003 con fecha de cese 01/11/2005.
Las dos normas anteriores junto con una modificación a la norma de emisiones EN 55011 (CISPR 11) aplicable a la familia genérica de las máquinas industriales, fueron desarrolladas por un grupo de trabajo organizado por CECIMO en el que se reunió a asociaciones europeas de máquina-herramienta, a fabricantes de máquina-herramienta, a laboratorios de EMC y a expertos en EMC.
Las normas EN 50370 proponen un enfoque pragmático para validar las soluciones innovadoras de EMC basándose en el principio de "CE+CE = CE".
La norma específica de inmunidad de máquina-herramienta define los ensayos y los niveles de severidad más apropiados para las condiciones de funcionamiento de la máquina-herramienta.
Se definen de forma específica para máquina-herramienta, tres clases de criterios de funcionamiento A, B y C (véase tabla 2 de la citada norma).
Las normas ofrecen tres procedimientos de ensayo que pueden ser seleccionados por el fabricante.
TRES PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO A ELEGIR
Los fabricantes de máquinas-herramienta pueden utilizar tres procedimientos para comprobar si sus productos cumplen las dos normas (EN 50370):
A. Ensayar la máquina-herramienta en su conjunto.
B. Ensayar todas las partes eléctricas y electrónicas.
C. Ensayar los módulos.
ENSAYOS EMC DE LA MÁQUINA-HERRAMIENTA EN SU CONJUNTO
En el caso de máquinas pequeñas se recomienda realizar ensayos a la máquina en su conjunto. La definición de "máquina pequeña" hace referencia a la posibilidad de ser instalada en el interior de una cámara de ensayos semianecoica típica:
• Dimensiones de la puerta de entrada: 1 x 2 m.
• Dimensiones y peso soportados por la mesa giratoria: diámetro 1,5 m, 1000 kg.
• Capacidad de alimentación eléctrica: trifásica 3 x 400 V, 32 A.
• Fluidos (aire comprimido).
• Herramientas para controlar el comportamiento correcto.
• Capacidad de control remoto (dado que el operario no puede permanecer en el interior de la cámara durante las pruebas).
Estas características pueden variar entre los diferentes laboratorios.
Incluso si la capacidad es grande, es muy difícil realizar pruebas en una máquina completa de tamaño medio, debido a razones prácticas tales como:
• El coste y la dificultad del transporte.
• El tiempo necesario para realizar la instalación en la cámara de ensayos semianecoica.
• La necesidad de desplazar a los operarios.
• El coste del ensayo en una cámara de ensayos semianecoica.
ENSAYOS EMC DE TODAS LAS PARTES ELÉCTRICAS Y ELECTRÓNICAS
La tendencia actual es descentralizar el control y distribuirlo entre diferentes partes de la máquina. Se utiliza un bus de campo para la comunicación entre estas partes electrónicas remotas.
Es relativamente fácil operar los diferentes bloques funcionales equipados con sensores y algunos actuadores sobre una mesa de pruebas.
Este ensayo permite validar una configuración dada en condiciones bastante próximas a la realidad. El programa, la disposición de los sensores y de los actuadores, y las longitudes de los cables serán muy diferentes en la máquina final.
Sin embargo, el ensayo de todas las partes eléctricas y electrónicas sobre la mesa de pruebas puede ser más severo, estando los componentes electrónicos directamente expuestos a las perturbaciones radiadas sin beneficiarse de los efectos de atenuación proporcionados por el apantallamiento asociado a la estructura mecánica de la máquina.
De forma opcional, se recomienda realizar una inspección visual de toda la máquina. Esta inspección permite la comprobación del cumplimiento de las reglas de diseño de EMC, en especial (ver también el resto de la guía):
• Puesta a masa.
• Conexiones de la pantalla de los cables apantallados.
• Instalación de filtros RFI para EMC.
• Separación de los cables por familias en función de la naturaleza de la señal transportada.
• Respeto de las distancias de separación entre familias de cables.
• Uno correcto de los planos de masa.
• Zonas no pintadas.
• Contactos en superficie.
• Riesgo de corrosión de los contactos.
ENSAYOS EMC POR MÓDULOS
Este procedimiento es aplicable a máquinas que incluyen subconjuntos que normalmente cumplen con los requisitos EMC. En el caso de subconjuntos para los que no se ha establecido dicho cumplimento, los ensayos deben de ser efectuados tal y como se describen en el Anexo A de las normas EMC de producto, o deben de aplicarse las normas armonizadas.
Siempre que sea posible, el fabricante de la máquina-herramienta debe respetar la instrucciones de instalación EMC dadas por el fabricante del módulo en las instrucciones técnicas que lo acompañan.
Debe de prestarse especial atención a los módulos para los cuales no se han respetado completamente dichas instrucciones.
Este procedimiento incluye varios pasos: pruebas por módulos, inspección visual y ensayos adicionales en la máquina completa.
El fabricante debe de dividir la máquina en módulos de acuerdo con los siguientes criterios:
• El módulo es o no es electromagnéticamente relevante.
• La forma de realizar las conexiones eléctricas.
• La posibilidad de sufrir interferencias debidas a una perturbación procedente del exterior de la máquina.
• El respeto de las instrucciones de instalación EMC de los diferentes módulos.
Finalmente, el fabricante deberá de realizar una inspección visual de la máquina-herramienta completa.
ASPECTOS DE LOS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO EMC VALIDACIÓN DE UNA GAMA DE PRODUCTOS
Las normas proporcionan información sobre cómo escoger la configuración de máquina más compleja desde el punto de vista de la EMC, para una gama de productos.
ANÁLISIS PRELIMINAR PARA PREPARAR EL PLAN DE ENSAYOS
• El tamaño de la máquina-herramienta.
• La naturaleza de los componentes de la máquina-herramienta que van a ser subcontratados.
• Los conocimientos de la empresa en EMC.
• La dificultad para realizar las pruebas.
• Los medios específicos de ensayo y medida.
• La magnitud de las series de producción del producto.
• El presupuesto asignado a las evaluaciones EMC.
• Si existe o no un laboratorio de EMC próximo con una cámara de ensayos.
TAMAÑO DE LA MÁQUINA-HERRAMIENTA
VOLUMEN Y NATURALEZA DE LA SUBCONTRATACIÓN
Los fabricantes de máquina-herramienta subcontratan la fabricación de los módulos de instrumentación-control, y especialmente el cableado de los armarios y cajas de control.
El fabricante puede pasar a sus subcontratistas el problema de encontrar soluciones a los problemas de EMC. Puede obligarlos a respetar los requisitos impuestos por las normas o por otras normas EMC armonizadas.
Si la arquitectura de control está "descentralizada", el fabricante escogerá el procedimiento B (ensayo EMC del conjunto eléctrico).
CAPACITACIÓN INTERNA EN EMC
DIFICULTADES TÉCNICAS
• La posibilidad de realizar mediciones y monitorizaciones durante los ensayos.
• La disponibilidad de un programa de pruebas.
• El riesgo de defectos en los equipos y/o dispositivos de la máquina.
• El riesgo de perturbar a los equipos que se encuentran cerca de la máquina sometida a ensayos.
• El riesgo de crear fallos latentes (por ejemplo, debido a descargas ESD).
PRUEBAS ESPECÍFICAS Y MEDIOS DE MEDIDA
• Unidad de control de adquisición de datos/supervisión.
• Televisión en circuito cerrado.
• Osciloscopio, multímetro, aparatos registradores.
¿CÓMO SE APLICA LA DIRECTIVA DE EMC A LAS MÁQUINAS-HERRAMIENTA GRANDES?
• Si existen o no normas armonizadas aplicables al producto.
• El nivel de capacitación técnica en EMC de la empresa.
• El coste y duración de las evaluaciones.
Estos tipos de equipos presentan las siguientes características:
• Equipos que no pueden ser sometidos a los ensayos EMC convencionales (debido a su tamaño o peso, y a la necesidad de utilizar circuitos neumáticos o hidráulicos en algunos casos).
• Equipos incluidos en instalaciones fijas en el sentido que tiene en la Directiva.
• El fabricante de máquina-herramienta es frecuentemente un integrador de componentes.
El fabricante puede "autoevaluar" si su máquina-herramienta cumple o no la Directiva EMC. Esto simplemente significa que debe emitirse una Declaración de Conformidad EC y que deben guardarse todos los documentos pertinentes (Declaración de Conformidad de los elementos integrados, copia de los informes de ensayo, instrucciones para el usuario, etc.) durante un período de tiempo de diez años (desde la venta de la última máquina-herramienta) para su comprobación por las autoridades, si fuera necesario.
Aunque esta solución es frecuentemente la única económicamente viable para las grandes máquinas e instalaciones fijas, está lejos de ser técnicamente ideal. Por ejemplo, el personal no siempre está formado sobre los procedimientos de las normas EMC, y los equipos integrados no se suministran siempre con las Declaraciones de Conformidad EC relativas a la Directiva EMC.
SI EL FABRICANTE DE LA MÁQUINA NO RESPETA ESTRICTAMENTE EL PROCEDIMIENTO SUGERIDO ARRIBA (UTILIZACIÓN DE COMPONENTES NO CONFORMES, INCUMPLIMIENTO DE LAS INSTRUCCIONES DE UTILIZACIÓN, ETC.), ES ESENCIAL VALIDAR LAS OPCIONES TÉCNICAS SELECCIONADAS MEDIANTE ENSAYOS EMC O RECURRIENDO A LA AYUDA DE UN EXPERTO EN EMC.
¿CÓMO DEBEN TRATARSE LOS COMPONENTES INTEGRADOS?
¿TRATA LA DIRECTIVA DE EMC SOBRE ASPECTOS DE SEGURIDAD?
La Directiva de EMC no trata sobre aspectos de seguridad, tal y como se especifica en el Artículo 1.5: "Esta Directiva no afectará a la aplicación de las leyes Comunitarias o nacionales que regulan la seguridad de los equipos".
RESULTADOS DE ENSAYOS
En lo que se refiere a inmunidad:
• Sensibilidad al ensayo de transitorios eléctricos rápidos/ráfagas EFT (EN 61000-4-4),
• Buen e incluso excelente comportamiento en pruebas de inmunidad a emisiones radiadas (EN 61000-4-3) y pruebas de inyección de perturbaciones de alta frecuencia en modo común en cables (EN 61000-4-6).
• Comportamiento variable con respecto a las pruebas de "walkie-talkie" o de teléfono móvil de 900 MHz. La experiencia demuestra que los trabajos de mantenimiento son frecuentemente realizados por personal que utiliza este tipo de teléfonos, aunque no se ha identificado perturbación alguna cuando los armarios de la máquina permanecieron abiertos durante las pruebas EMC. Si embargo, ésta es una importante amenaza por dos razones:
• El alto nivel de riesgo (pueden alcanzarse fácilmente niveles superiores a 50 V/m
cerca de los "walkie-talkies").
• Las señales de alta frecuencia emitidas (433 MHz en el caso de los "walkie-talkies" y hasta 1800 MHz para los teléfonos móviles) hace que el apantallamiento sea más transparente, especialmente dentro del rango de 1800 MHz. Las aberturas formadas en los armarios permiten que pasen las perturbaciones sin atenuación alguna.
En una situación de fallo normalmente se producen los siguientes funcionamientos defectuosos:
• Perturbaciones de los equipos (de medida) integrados.
• Distorsiones de las señales digitales, perturbación o corte del bus de comunicación.
• Fallos creados en la máquina-herramienta que exigen una reinicialización.
• Pérdida de referencias espaciales ("encoders").
Algunos de estos fallos de funcionamiento son bastante excepcionales y quedan archivados en el historial de control de la máquina, por lo que son fácilmente identificables.
En lo que se refiere a emisiones:
La utilización de soluciones "comunes" para protegerse contra emisiones conducidas y radiadas elevadas generadas por controladores de velocidad, permiten un control relativamente bueno de las perturbaciones emitidas por las máquinas-herramienta, considerando los siguientes comentarios:
• Si se instala un filtro RFI (con al menos dos etapas, o uno recomendado por el fabricante del controlador de velocidad) en la entrada de los controladores de velocidad, las emisiones conducidas permanecen por debajo de los límites impuestos por la norma EN 55011 para entornos industriales.
• Si los cables entre el controlador de velocidad y el motor están apantallados de acuerdo con los procedimientos normalizados (ver apartado 4.6 de esta guía), las emisiones radiadas aparentemente son controladas. En la práctica, esta cuestión es difícil debido a la alta densidad de cables: cables que se asumen "limpios" adyacentes a cables que conectan el controlador de velocidad con el motor, se convierten también en antenas que reemiten perturbaciones de alto nivel.
NOTAS
Algunos fabricantes evitan la instalación de cables apantallados mediante un cuidadoso control de los cruces de cables (situándolos cerca de una estructura metálica grande, o aún mejor, en el interior de una estructura cerrada soldada), y también manteniendo un control especial sobre la equipotencial entre las grandes estructuras metálicas de la máquina-herramienta.
A continuación se incluyen algunas recomendaciones generales basadas en la experiencia
de las evaluaciones EMC:
CABLES LARGOS (DIFERENTES A LOS CABLES DE POTENCIA)
Debe de prestarse especial atención a estos cables:
• Cables de control (diferentes a los cables de alimentación eléctrica y de potencia): se usan normalmente alojados en canaletas y son frecuentemente sensibles a las ráfagas de transitorios rápidos, por lo que normalmente se recomienda que estén apantallados (o que se mejore un mal apantallamiento). Por ejemplo, los buses de comunicación y los cables de control remoto.
• No instalar cables de control en la misma parte de la canaleta que los cables de potencia.
MEDICIONES ANALÓGICAS
Los circuitos analógicos son muy sensibles a las pruebas de inmunidad radiada realizadas en cámaras anecoicas, y a las pruebas de inyección de perturbaciones de alta frecuencia en modo común en cables, por lo que existe una tendencia de sustituirlos por dispositivos totalmente digitales. Deben tomarse las siguientes precauciones:
• Se ha observado que los sensores protegidos con bastidores metálicos son no malmente insensibles a las perturbaciones. Se ha reducido la sensibilidad acortando los cables conectados o mejorando el apantallamiento de dichos cables,
• Los cables para sensores que no disponen de una pantalla metálica deben estar apantallados.
GENERADORES ELECTRÓNICOS DE FRECUENCIA
En este caso, las soluciones EMC que deben ser adoptadas son principalmente aplicables a la adaptación de líneas (introducción de inductancias o resistencias para limitar la corriente, ampliación de la anchura de las pistas en el circuito impreso). En este caso, el circuito impreso debe ser normalmente rediseñado.
SOFTWARE INCORPORADO
El diseño especial del software de control puede proteger eficientemente a los circuitos electrónicos contra las perturbaciones con un menor coste. Por ejemplo, los métodos utilizados son los siguientes:
• Filtrado digital (deslizando la media sobre varias adquisiciones sucesivas con el fin de discriminar las perturbaciones transitorias en las tensiones de los sensores).
• Comprobación de la consistencia de los valores medidos, gestión de errores.
• Instalación de un "wachdog".
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