Guía de símbolos de finales de carrera: Normas IEC, estados lógicos y diseño de circuitos

El diagrama electrónico es un papel implacable. No es sólo una implicación de cómo debe funcionar una máquina; es un acuerdo entre la voluntad del ingeniero y la realidad de la planta de producción. Cuando ese contrato se malinterpreta, el resultado no es sólo un error de cableado, sino también tiempos de inactividad, herramientas estropeadas o una violación de la seguridad.

En el centro de estos diagramas se encuentra el final de carrera, un dispositivo electromecánico crítico. Es el órgano sensorial de la automatización industrial, el dispositivo que convierte la posición mecánica en lógica eléctrica. Sin embargo, la imagen de estos dispositivos está discontinuada por la geografía y la tradición. Un dibujo hecho en Stuttgart no se parece a un dibujo hecho en Detroit. Para maniobrar en el ámbito internacional de la configuración industrial y la ingeniería eléctrica, una persona debe dominar el lenguaje gráfico del control.

Este manual desmonta la confusión de los símbolos de los finales de carrera, y las líneas y los círculos vuelven a convertirse en las verdades mecánicas que significan.

IEC 60617 frente a NEMA (JIC): Visualización de las normas mundiales de símbolos

Para poder leer un esquema es necesario conocer dos lenguajes visuales diferentes: la norma IEC (Europa/Asia) y la norma NEMA (Norteamérica). Aunque ambas describen los mismos comportamientos del circuito eléctrico en cuanto a la conexión eléctrica, los estilos son completamente diferentes.

IEC: Abordar la visualización con abstracción y eficiencia geométrica. La norma IEC 60617 trata todos los componentes como bloques de contactos abstractos y los representa con la misma línea. Un final de carrera, un relé o un interruptor eléctrico serían la misma línea vertical, diferenciada por un activador (protuberancia, cuadrado, etc.). Se centra en la lógica de la señal eléctrica, independientemente de la tensión o los voltios implicados.

NEMA: Acercarse a la visualización con ilustración e intuición.Los símbolos NEMA se construyen para comunicar visualmente el final de carrera como un brazo de palanca y un pulsador como un émbolo. Los diagramas muestran códigos abstractos con el movimiento coordinado, sirviendo como interfaz visual para la lógica de escalera utilizada en un sistema de control. El símbolo suele indicar los terminales físicos en los que un técnico podría soldar o atornillar el cable del terminal común.

Descifrar los estados de contacto: NO, NC y posiciones retenidas

Los términos “normalmente abierto” (NO) y “normalmente cerrado” (NC) son engañosos en su simplicidad. Implican una condición eterna de existencia. De hecho, el término “Normal” se utiliza para describir un estado determinado e hipotético: el interruptor de un banco de trabajo, no conectado, no tocado por ninguna fuerza física, no afectado por la gravedad.

Sin embargo, los esquemas no representan elementos en un banco de trabajo. Representan un conjunto de contactos instalados en una máquina. Esto nos lleva a la noción, muy importante y mal interpretada, de posición Held.

La mentira estática del esquema

Un esquema es una instantánea de una máquina en su posición original (o “estado de estantería”). Es como la foto de un corredor en los tacos de salida.

• NO (normalmente abierto): En estado de reposo, los contactos están separados. La corriente no puede circular por esta parte del final de carrera. Cuando se produce el movimiento del actuador, el contacto se cierra.

• NC (normalmente cerrado): En estado de reposo, los contactos se tocan. La corriente fluye libremente. Cuando el objetivo golpea el actuador, el contacto se rompe y el circuito de control se interrumpe.

Esto es fácil hasta que el diseño de la máquina requiere que se accione un interruptor antes de que la máquina se ponga en marcha.

El Estado “retenido”: La lectura de la fuerza invisible

Piense en una puerta protectora que debe estar cerrada para poder utilizar la máquina. Cuando la puerta está cerrada (condición de seguridad), el final de carrera está pulsado. Si cablea aquí un interruptor unipolar normalmente abierto, la puerta cerrada lo empuja hacia el cierre, completando el circuito.

¿Cómo se dibuja esto en el esquema eléctrico? Si dibuja un contacto “cerrado” estándar, un técnico puede pensar que se trata de un interruptor NC. Sin embargo, en realidad es un interruptor NO el que se está pulsando. Esta distinción juega un papel importante en la resolución de problemas de tiempo de respuesta y errores lógicos.

Aquí entran en juego los símbolos de la Hélade：.

• Se mantiene cerrado: El símbolo parece estar cerrado, pero incluye una indicación gráfica (a menudo una pequeña cuña o leva bajo el brazo del interruptor) que muestra que una fuerza externa lo mantiene así. Informa al lector: Soy un interruptor Normalmente Abierto, sin embargo, en la posición de arranque de esta máquina, algo está parado sobre mí.

• Se mantiene abierta: Sin embargo, se trata de un interruptor Normalmente Cerrado, que está siendo forzado a abrirse por la posición de reposo de la máquina.

La diferencia entre detectar un sensor defectuoso y que la máquina esté simplemente fuera de su posición inicial está en la comprensión de la acción de conmutación de los símbolos “Retenido”. Esto separa a los que leen los datos de los que entienden el sistema.

Símbolos de seguridad frente a símbolos estándar: Decodificación del icono de apertura positiva

No todos los clics son iguales. En la jerarquía de los controles industriales, la seguridad de la máquina prevalece sobre la función. Esta diferencia se codifica directamente en los símbolos con los que operamos, es decir, en la noción de Apertura Positiva (o Acción de Apertura Directa).

En la automatización normal utilizamos muelles. Un muelle en la carcasa fuerza los contactos eléctricos a su posición original cuando se suelta el émbolo de un final de carrera. Pero los muelles son frágiles. Pueden romperse, fatigarse o atascarse. Peor aún, los contactos eléctricos pueden soldarse. Si se produce un pico de corriente justo cuando se cierra el interruptor, los contactos metálicos pueden fundirse. En un interruptor normal que utiliza un muelle, la soldadura es más fuerte que el muelle. La máquina presupone que el interruptor está cerrado, pero los contactos están atascados. El muelle empuja en vano. El transportador no se detiene. La prensa baja.

El símbolo de la autoridad: El círculo y la flecha

Para evitar este desastre, la norma IEC 60947-5-1 Anexo K estipula el mecanismo de Apertura Positiva. Éste se representa esquemáticamente mediante un determinado icono: un círculo con una flecha en su interior, conectado al símbolo de contacto NC.

Este símbolo se utiliza para indicar una conexión mecánica rígida entre el actuador externo y el contacto eléctrico interno. El émbolo y el punto de separación de los contactos no están conectados por ningún elemento elástico, como muelles. Cuando los contactos se sueldan, la fuerza pura de la máquina al golpear el final de carrera romperá la soldadura. Fuerza la apertura del circuito, independientemente del deseo del contacto de permanecer fundido.

Uso contextual

• Símbolo estándar: Se utiliza para la detección de objetos, el recuento o el posicionamiento no crítico (por ejemplo, indicar a un controlador lógico programable que un brazo robótico ha alcanzado la estantería).
• Símbolo de seguridad (apertura positiva): Obligatorio para aplicaciones de enclavamiento de seguridad, paradas de emergencia y fines generales de seguridad en los que un fallo significa lesiones.

Al leer un esquema, la presencia de la flecha en el círculo le indica que este interruptor específico es un guardián, no sólo un contador. Dicta los requisitos de durabilidad y resistencia del circuito.

Símbolos de doble circuito: Optimización de la lógica con diseños 1NO+1NC

En los primeros tiempos de la automatización, los interruptores unipolares (SPDT) eran habituales. Se tenía un cable común y se conmutaba entre abierto y cerrado. Entre los diversos tipos de finales de carrera, la automatización moderna de alta fiabilidad se ha decantado decididamente por el diseño de doble circuito, configurado normalmente como 1NO + 1NC (uno normalmente abierto + uno normalmente cerrado).

La representación esquemática de un final de carrera de doble circuito muestra dos líneas distintas, aisladas eléctricamente y controladas por el mismo enlace mecánico. No se trata de una mera duplicación de cables, sino de un aumento exponencial de la capacidad lógica, lo que lo convierte en una parte vital de un sistema de control.

La ventaja de la lógica: Control y desconexión

¿Por qué tener dos circuitos cuando uno puede realizar la tarea? Porque un solo circuito no puede transmitir toda la verdad.

El sistema utiliza lógica complementaria en una configuración 1NO+1NC.

1. El Contacto NC (La Guardia): Suele estar cableado en serie con la alimentación del hardware o el relé de seguridad. Cuando el movimiento de una pieza de la máquina activa el interruptor, este contacto rompe físicamente el circuito, parando el motor. Es la parada por fuerza bruta.
2. El NO Contacto (El Informador): Está conectado a la entrada digital del PLC. Cuando se alcanza el límite, este contacto se cierra, enviando una señal de 24V al controlador diciendo, “He llegado a la posición X”.”

El controlador es capaz de realizar autodiagnósticos comparando estos dos estados. Si el PLC detecta que el contacto NA está cerrado, pero el contacto NC no se abre (un desajuste lógico), el sistema detecta un fallo (un cable roto, un contacto soldado o un cortocircuito) y pasa a un modo de fallo seguro. Esta es una característica del diseño contemporáneo y sólido del sistema, la retroalimentación de doble canal.

Mecanismo interno: Por qué son importantes los muelles dobles

En el esquema, aparecen como dos interruptores individuales conectados por una línea discontinua. En realidad, se trata de aislamiento galvánico. Los dos circuitos no tienen conexión eléctrica dentro del interruptor. Esto permite que un tipo de final de carrera conmute entre dos potenciales de tensión totalmente diferentes, como por ejemplo que el contacto NC sea un corte directo de un contactor de motor de 110 V CA, y que el contacto NA transmita una señal de 24 V CC al controlador lógico.

Esta capacidad minimiza el número de componentes del panel. En lugar de instalar dos interruptores (uno de ellos de seguridad y el otro de datos), un único final de carrera grande de dos circuitos puede realizar ambas funciones de forma más fiable. Hace que el esquema sea menos complejo y que la instalación física sea más verificable, independientemente del tipo de actuador utilizado.

Sin embargo, el diseño eficaz de circuitos depende de la profundidad de fabricación. OMCH, con 38 años de experiencia industrial, ejemplifica esta capacidad. Nuestro veterano equipo de ingeniería, con 20 años de experiencia, va más allá de los catálogos estándar para ofrecer una personalización OEM/ODM precisa, desde la optimización de los diseños de las placas de circuitos y las salidas de potencia hasta la adaptación de los formatos de embalaje. De este modo se garantiza que el interruptor físico no sólo coincida con la lógica del esquema, sino que se adapte a las limitaciones específicas de la aplicación, tendiendo un puente entre el diseño teórico y la resistente realidad industrial.Póngase en contacto con OMCH https://www.omch.com/ hoy mismo para definir la lógica y durabilidad exactas que exige su proyecto.

Complejidad de los símbolos: SPDT, DPDT y variaciones de acción brusca

A medida que nos adentramos en el esquema, los símbolos adquieren más matices. Nos encontramos con las distinciones de velocidad y número de polos.

Símbolos de acción rápida frente a acción lenta

El movimiento de la máquina es analógico: sube y baja. Pero la lógica eléctrica prefiere ser binaria; quiere un 0 o un 1 limpio.

• Acción lenta: En un interruptor de acción lenta, los contactos se mueven a la misma velocidad que el actuador. Cuando la máquina presiona el émbolo lentamente, los contactos se separan lentamente. Esto puede provocar la formación de arcos y señales imprecisas. La representación esquemática de esto suele ser una línea recta de forma simple, para representar la barra de contactos.
• Acción brusca: Un interruptor de acción rápida es un interruptor que almacena energía en un muelle interno. Cuando el émbolo (o brazo de palanca) alcanza un punto crítico, los contactos saltan instantáneamente, independientemente de la lentitud con que se muevan los finales de carrera de émbolo externo.

En los esquemas IEC, la acción brusca suele representarse mediante un pequeño triángulo o cuña en la propia línea de contacto. Se trata de un sutil añadido geométrico que es una señal para el diseñador del circuito. Significa histéresis - una discrepancia entre el punto de disparo y el punto de rearme. De este modo se elimina el parpadeo, en el que un interruptor se conecta y desconecta rápidamente cuando la máquina vibra alrededor del punto de disparo. La comprensión de este símbolo es la razón por la que una máquina puede tener que retroceder unos milímetros antes de que se restablezca el automatismo.

Configuraciones SPDT vs. DPDT

La densidad de control también se muestra en el esquema.

• SPDT (Unipolar, Doble Tiro): Una entrada, dos posibles salidas. El símbolo muestra un terminal común que se bifurca en dos.

• DPDT (doble polo, doble tiro): Dos entradas, cuatro posibles salidas.

El símbolo DPDT aparece como dos símbolos SPDT distintos unidos por una línea discontinua mecánica. ¿Por qué utilizarlo? Permite canales de seguridad redundantes (Canal A y Canal B), que son necesarios para arquitecturas de seguridad Cat 3 o Cat 4. Alternativamente, permite que un solo final de carrera de palanca controle dos máquinas independientes simultáneamente: cuando la puerta se cierra, la Máquina A arranca (el contacto NA se cierra) y la Máquina B se detiene (el contacto NC se abre), con cero interferencias eléctricas entre ellas. Un actuador de palanca o de rodillo puede accionar ambos polos simultáneamente.

Interpretación de símbolos en P&ID frente a esquemas eléctricos

El ingeniero eléctrico no es el único que elabora los planos de la planta. El ingeniero de procesos elabora los P&ID (diagramas de tuberías e instrumentación). En este caso, la instalación del final de carrera no se considera un circuito, sino una función.

El enlace de los contactos o los números de los terminales apenas serán visibles en un P&ID. Más bien se observa una burbuja (un círculo) unida a una válvula o un cilindro.

• ZSO / LSO: Interruptor de posición abierto / final de carrera abierto.
• ZSC / LSC: Interruptor de posición cerrado / final de carrera cerrado.
• LSH (Nivel Interruptor Alto) / LSL (Interruptor de nivel bajo): Se utiliza en la lógica de tanques.

El malentendido surge cuando el ingeniero de procesos escribe LSH en el DTI, lo que presupone una función lógica (alarma de nivel alto), pero el ingeniero eléctrico tiene que convertirlo en un dispositivo físico. ¿Significa “nivel alto” que el interruptor está cableado como normalmente abierto (se cierra cuando el nivel es alto) o como normalmente cerrado (se abre cuando el nivel es alto para garantizar la seguridad)?

La DTI describe qué (el requisito del proceso, como detectar un objeto en movimiento). El esquema eléctrico es el cómo (la implementación del cableado). La clave de traducción entre estos dos documentos es el símbolo del final de carrera. Un buen ingeniero utiliza el DTI para identificar el objetivo lógico (como el límite de recorrido de un objeto o el estado de las puertas basculantes de un garaje) y, a continuación, elige el símbolo IEC/NEMA adecuado (NA, NC, Held) para alcanzar ese objetivo de forma segura.

Referencia rápida: Símbolo esencial de final de carrera

En resumen, la capacidad de leer estos símbolos es la capacidad de visualizar el comportamiento de la máquina antes de construirla.

1. Lo básico (Estado en Descansa)
   1. NO (normalmente abierto):-| |- (El hueco representa el silencio antes de la señal).
   2. NC (normalmente cerrado):-|/|- (La línea diagonal representa el flujo que debe interrumpirse).
2. Los estados dinámicos (lógica de máquinas)
   1. Se mantiene cerrado: Un interruptor NO, forzado a cerrarse por la posición de inicio. Tratarlo como “NC” para la continuidad, pero “NO” para el reemplazo.
   2. Se mantiene abierta: Un interruptor NC, forzado a abrirse por la posición de inicio.
3. En Seguridad Crítico (IEC 60947-5-1)
   1. Positivo Apertura:-|/|- con un (→) símbolo.
   2. Significado: No lo sustituya por un interruptor genérico. Este circuito protege la vida humana.
4. El mecanismo
   1. Acción brusca: Busque el triángulo/borde en la línea de contacto. Espere histéresis.
   2. Acción lenta: Líneas rectas. Se espera que la señal refleje la velocidad de la máquina.

El esquema es un mapa. Los símbolos son la leyenda. Cuando se lee correctamente, se puede trabajar en los sistemas de automatización más complicados con la seguridad de que no sólo se conoce la trayectoria que siguen los cables, sino también por qué siguen esas trayectorias.

Para comprender la mecánica física que impulsa estos símbolos, explore nuestra guía básica sobre ¿Qué es un final de carrera?. O, si está resolviendo una discrepancia entre el diagrama y la realidad, verifique la integridad del componente con nuestro práctico tutorial sobre Cómo probar un final de carrera.