Caso práctico: Sistema de alarma con enclavamiento

Prototipo de Sistema de alarma con enclavamiento (Maker Style)

Nivel: Básico. Construye un circuito de relé con autoenclavamiento para mantener un estado de alarma tras un disparo momentáneo.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito de «memoria» básico utilizando un relé electromecánico, a menudo llamado circuito de enclavamiento o retención. Una pulsación momentánea de un botón de disparo activará una alarma (LED), que permanecerá activa incluso después de soltar el botón, hasta que se presione un botón de reinicio separado.

  • Sistemas de seguridad: Utilizado en alarmas antirrobo simples donde un sensor activado mantiene la sirena encendida hasta que un usuario la reinicia.
  • Seguridad industrial: Comúnmente utilizado en estaciones de control de motores «Marcha/Paro» (Start/Stop).
  • Indicadores de fallos: Captura señales de error transitorias para que los operadores puedan ver que ocurrió un fallo incluso si la condición desaparece.

Resultado esperado:
* Estado inicial: LED apagado (OFF).
* Acción 1: Presionar momentáneamente el botón «Trigger» (Disparo) → El LED se enciende (ON) y el relé hace clic.
* Acción 2: Soltar el botón «Trigger» → El LED permanece encendido (Enclavado).
* Acción 3: Presionar el botón «Reset» (Reinicio) → El LED se apaga y el relé se libera.

Público objetivo: Principiantes familiarizados con circuitos básicos y el funcionamiento de relés.

Materiales

  • V1: Fuente de alimentación de 12 V DC, función: Fuente de alimentación principal
  • K1: Relé SPDT (Bobina de 12 V), función: Interruptor electromecánico y elemento de memoria
  • S1: Pulsador (Normalmente Abierto – NO), función: Señal de disparo
  • S2: Pulsador (Normalmente Cerrado – NC), función: Señal de reinicio
  • R1: Resistencia de 1 kΩ, función: Limitación de corriente para el LED
  • D1: LED rojo, función: Indicador visual de alarma
  • D2: Diodo 1N4007, función: Protección flyback para la bobina

Guía de conexionado

Conecta los componentes utilizando las siguientes definiciones de nodos: VCC (12 V), 0 (Tierra), feed_line, latch_node.

  • V1 (Fuente DC): Conecta el Positivo a VCC y el Negativo a 0.
  • S2 (Botón de Reinicio – NC): Conecta entre VCC y feed_line.
  • S1 (Botón de Disparo – NO): Conecta entre feed_line y latch_node.
  • K1 (Bobina del Relé): Conecta un lado a latch_node y el otro lado a 0.
  • K1 (Contacto Común del Relé – COM): Conecta a feed_line.
  • K1 (Contacto Normalmente Abierto del Relé – NO): Conecta a latch_node.
  • D2 (Diodo de Protección): Conecta el Cátodo (franja) a latch_node y el Ánodo a 0.
  • R1 (Resistencia): Conecta entre latch_node y el nodo led_anode.
  • D1 (LED): Conecta el Ánodo a led_anode y el Cátodo a 0.

Nota: S2 permite que la corriente fluya hacia el circuito. S1 energiza inicialmente la bobina. Una vez que K1 se energiza, la conexión interna COM-NO puentea a S1, manteniendo la bobina alimentada desde la feed_line.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — Relay Latching Circuit
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

Title: Practical case: Latching Alarm System

      (Main Power)
        VCC 12 V
           |
           V
  [ S2: Reset (NC) ]
           |
      (feed_line)
           |
           |    (Path A: Manual Trigger)
+--> [ S1: Trigger (NO) ] ------------------+
           |                                           |
           |                                           V
           |                                     (latch_node)
           |                                           |
           |    (Path B: Self-Latching)                +----------> [ R1: 1k ] --> [ D1: LED ] --> GND
+--> [ K1: Contact (NO) ] ------------------+           (Visual Alarm)
                         ^                             |
                         |                             |
                         |                             +----------> [ K1: Coil || D2(Rev) ] --> GND
                         |                                         (Relay Magnet & Protection)
                         |                                                  |
                         +----------------(Magnetic Link)-------------------+
Esquema Eléctrico

Mediciones y pruebas

Sigue estos pasos para validar el comportamiento de enclavamiento:

  1. Comprobación de continuidad de la bobina: Antes de aplicar energía, usa un multímetro en modo Ohmios para medir los pines de la bobina del relé. Deberías leer un valor de resistencia (típicamente 100 Ω a 400 Ω dependiendo del relé).
  2. Comprobación en reposo: Enciende el circuito. Mide el voltaje entre latch_node y 0. Debería ser 0 V. El LED debería estar apagado (OFF).
  3. Prueba de disparo: Mantén presionado S1. Mide el voltaje en latch_node. Debería subir a aprox. 12 V. El LED debería encenderse (ON).
  4. Prueba de enclavamiento: Suelta S1. El voltaje en latch_node debe permanecer en 12 V, y el LED debe seguir encendido (ON). Escucha el relé; no debería hacer clic de apagado.
  5. Prueba de reinicio: Presiona S2 (Reset). El voltaje en latch_node debería caer a 0 V instantáneamente. El LED se apaga (OFF). Suelta S2; el LED permanece apagado.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Latching Alarm System
.width out=256
* Based on Practical Breadboard Case

* ==========================================
* Power Supply
* ==========================================
* V1: 12V Main Supply
V1 VCC 0 DC 12

* ==========================================
* Control Inputs (User Stimuli)
* ==========================================
* S1 (Trigger Button - NO): 
* Simulating a press (Close) at 10ms for 5ms duration.
* Pulse: 0V (Open) -> 5V (Closed) -> 0V (Open)
V_S1_ctrl ctrl_s1 0 PULSE(0 5 10m 100u 100u 5m 100m)

* S2 (Reset Button - NC):
* Simulating a press (Open) at 40ms for 5ms duration.
* ... (truncated in public view) ...

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* Latching Alarm System
.width out=256
* Based on Practical Breadboard Case

* ==========================================
* Power Supply
* ==========================================
* V1: 12V Main Supply
V1 VCC 0 DC 12

* ==========================================
* Control Inputs (User Stimuli)
* ==========================================
* S1 (Trigger Button - NO): 
* Simulating a press (Close) at 10ms for 5ms duration.
* Pulse: 0V (Open) -> 5V (Closed) -> 0V (Open)
V_S1_ctrl ctrl_s1 0 PULSE(0 5 10m 100u 100u 5m 100m)

* S2 (Reset Button - NC):
* Simulating a press (Open) at 40ms for 5ms duration.
* Pulse: 5V (Closed/Idle) -> 0V (Open/Pressed) -> 5V (Closed/Idle)
* Note: This voltage represents the connectivity state (High = Conducting).
V_S2_ctrl ctrl_s2 0 PULSE(5 0 40m 100u 100u 5m 100m)

* ==========================================
* Circuit Components
* ==========================================

* S2: Reset Switch (NC)
* Connects VCC to feed_line.
* Controlled by ctrl_s2 (Active High logic for NC behavior).
S2 VCC feed_line ctrl_s2 0 SW_IDEAL

* S1: Trigger Switch (NO)
* Connects feed_line to latch_node.
* Controlled by ctrl_s1 (Active High logic for NO behavior).
S1 feed_line latch_node ctrl_s1 0 SW_IDEAL

* K1: Relay Implementation
* 1. Coil: Modeled as Inductance + Series Resistance
*    Connects latch_node to Ground (0).
*    100 Ohm resistance is typical for a 12V relay coil.
R_coil latch_node k1_internal 100
L_coil k1_internal 0 10m

* 2. Relay Contact (Switch):
*    Connects feed_line (COM) to latch_node (NO).
*    Controlled by the voltage across the coil (latch_node).
*    Threshold set to 6V (Pull-in) with hysteresis.
S_relay feed_line latch_node latch_node 0 SW_RELAY

* D2: Flyback Protection Diode
* Cathode to latch_node, Anode to 0.
D2 0 latch_node 1N4007

* Alarm Indicator (LED + Resistor)
* R1: Current limiting
R1 latch_node led_anode 1k
* D1: Red LED
D1 led_anode 0 LED_RED

* Floating Node Prevention
* High impedance pull-down for feed_line when S2 opens
R_float feed_line 0 100Meg

* ==========================================
* Models
* ==========================================
* Ideal switch for buttons (Vt=2.5V logic threshold)
.model SW_IDEAL SW(Vt=2.5 Ron=0.01 Roff=100Meg)

* Relay switch model (Picks up at 6V, drops out at 4V)
.model SW_RELAY SW(Vt=6 Vh=2 Ron=0.01 Roff=100Meg)

* 1N4007 Diode Model
.model 1N4007 D(Is=7n Rs=0.04 N=1.5 Cjo=20p BV=1000 IBV=5u)

* Generic Red LED Model
.model LED_RED D(Is=1a N=4 Rs=4)

* ==========================================
* Simulation Directives
* ==========================================
* Transient analysis: 100us step, 60ms total time
* Covers Trigger (10ms) and Reset (40ms) events
.tran 100u 60m

* Output variables
* V(latch_node) is the ALARM STATE (Output)
* V(feed_line) shows power delivery
.print tran V(latch_node) V(feed_line) V(ctrl_s1) V(ctrl_s2) I(L_COIL)

.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation accurately demonstrates the latching logic. At 10ms, the trigger pulse (S1) energizes the coil, causing ‘latch_node’ to rise to ~12V. The circuit successfully latches, maintaining 12V output after S1 opens. At 40ms, the reset pulse (S2) cuts power, dropping ‘latch_node’ to ~0V, where it remains even after S2 closes again.
Show raw data table (2796 rows) 
Index   time            v(latch_node)   v(feed_line)    v(ctrl_s1)      v(ctrl_s2)      l_coil#branch
0	0.000000e+00	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
1	1.000000e-06	2.399953e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
2	2.000000e-06	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
3	4.000000e-06	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
4	8.000000e-06	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
5	1.600000e-05	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
6	3.200000e-05	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
7	6.400000e-05	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
8	1.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
9	2.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
10	3.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
11	4.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
12	5.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
13	6.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
14	7.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
15	8.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
16	9.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
17	1.028000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
18	1.128000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
19	1.228000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
20	1.328000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
21	1.428000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
22	1.528000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
23	1.628000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
... (2772 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Usar un botón Normalmente Abierto para Reinicio: Si S2 es NO en lugar de NC, el circuito nunca recibirá energía para arrancar. Asegúrate de que S2 conduzca corriente por defecto.
  2. Conectar el enclavamiento al contacto NC: Si conectas el latch_node al pin NC del relé en lugar del NO, el relé se encenderá inmediatamente al conectar la alimentación y oscilará o zumbará (efecto timbre). Usa siempre el pin NO para el autoenclavamiento.
  3. El LED se quema inmediatamente: Olvidar R1 permite una corriente excesiva a través del LED. Verifica siempre el valor de la resistencia antes de encender.

Solución de problemas

  • Síntoma: El LED se enciende cuando se presiona S1 pero se apaga inmediatamente al soltarlo.
    • Causa: La ruta de enclavamiento está rota.
    • Solución: Comprueba la conexión entre K1 (COM), K1 (NO) y el latch_node. Asegúrate de que los contactos del relé estén en paralelo con S1.
  • Síntoma: El relé zumba ruidosamente o vibra (chatter).
    • Causa: El voltaje de la fuente de alimentación es demasiado bajo o inestable.
    • Solución: Asegúrate de que V1 proporcione 12 V estables y pueda suministrar suficiente corriente para la bobina.
  • Síntoma: El circuito no se puede reiniciar.
    • Causa: S2 está puenteado o defectuoso (en cortocircuito).
    • Solución: Comprueba S2 con un multímetro; debe interrumpir la conexión (Abrirse) al ser presionado.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Alarma sonora: Conecta un zumbador activo de 12 V en paralelo con el LED (entre latch_node y 0) para añadir sonido a la alarma.
  2. Control de alta potencia: Usa un relé DPDT. Utiliza el primer conjunto de contactos para el enclavamiento lógico de 12 V (como se describe arriba) y el segundo conjunto de contactos para conmutar una carga de alto voltaje completamente separada, como una lámpara de 120 V/230 V.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal del circuito descrito en el artículo?




Pregunta 2: ¿Qué sucede con el LED después de soltar el botón de disparo (Trigger)?




Pregunta 3: ¿Qué componente actúa como el 'elemento de memoria' electromecánico en este circuito?




Pregunta 4: ¿Qué tipo de pulsador se suele utilizar para la función de reinicio (Reset) en un circuito de enclavamiento estándar?




Pregunta 5: ¿Cuál es la función típica de una resistencia en serie con un LED en este tipo de circuitos?




Pregunta 6: ¿Cuál es el estado inicial del circuito antes de presionar cualquier botón?




Pregunta 7: ¿Qué acción es necesaria para apagar el LED una vez que está enclavado?




Pregunta 8: En el contexto de seguridad industrial, ¿para qué se usa comúnmente este tipo de circuito?




Pregunta 9: ¿Por qué es útil este circuito para indicadores de fallos?




Pregunta 10: ¿Qué ocurre físicamente en el relé cuando se presiona el botón 'Trigger'?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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