Document professeur la sécurité des machines
Corrigé de l'évaluation d'automatisme ... Par contre, pour des problèmes de
sécurité (détecteurs défaillants?) ne vaudrait-il pas mieux fixer un état ... 2)
Complétez ce grafcet de partie opérative correspondant au système décrit. 3) Il s'
agit d'un ...
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Les ateliers de production et les installations techniques des bâtiments font lobjet dexigences croissantes en matière de sureté.
Une bonne machine est une machine sûre, alliant :
La sécurité : des personnes (machine ne présentant pas de danger).
La disponibilité : de loutil de production (machine en état de marche à tout instant).
Les fonctions de sécurité sont destinées à assurer la surveillance, la commande, larrêt de fonctionnement ou la séparation des sources dénergie pour lapplication des exigences des directives européennes.
Lorsque des mouvements produits par des appareils ou machines électriques peuvent être source de dangers, ceux-ci doivent être équipés de dispositif(s) de sécurité destiné(s) à les limiter ou mieux, les supprimer.
Ces dispositifs peuvent être :
Des arrêts durgence placés au plus près des utilisateurs.
Des protecteurs mobiles (dispositifs de verrouillage et dinter verrouillage)
Des commandes bi-manuelles
Des barrières immatérielles
Des tapis sensibles
La fonction darrêt durgence devra être disponible et opérationnelle à tout instant quel que soit le mode de fonctionnement.
Les dispositifs darrêt durgence doivent provoquer larrêt des processus dangereux dans un temps aussi court que possible, mais sans créer de risque supplémentaire.
Deux types darrêt sont définis :
- Arrêt de catégorie 0 : arrêter immédiatement en coupant la puissance des actionneurs de la machine ou en débrayant par une déconnexion mécanique. Si nécessaire, un arrêt non contrôlé peut être appliqué (frein mécanique par exemple).
- Arrêt de catégorie 1 : arrêt contrôlé avec la puissance appliquée aux actionneurs concernés puis déconnexion de la puissance, quand larrêt est obtenu.
Une étude des risques sur le système permet de définir la manière dont doit être gérée cette fonction darrêt durgence.
La gestion sera différente si la machine est un système de lavage sans risque particulier ou si cest une presse hydraulique excessivement dangereuse.
lorsque le risque estimé est faible, Les dispositifs darrêt durgence sont couramment utilisés sans relayage intermédiaire, cest-à-dire en agissant directement sur le circuit de commande de la machine
L'ordre issu du dispositif de protection (Arrêt d'urgence dans le schéma ci-contre) agit directement sur le contacteur puissance de la machine.
Inconvénients :
Dans ce type de schéma, il subsiste des risques de défauts simples :
shunt du bouton d'Arrêt d'urgence
collage du contacteur KM1.
Dans ce cas, lordre darrêt n'est pas pris en compte et le démarrage d'une nouvelle séquence après l'Arrêt d'urgence est possible malgré la présence du défaut.
La fonction de sécurité n'est plus assurée dans ce cas de défaillance et le moteur continue à fonctionner.
Lorsque le risque devient trop important, lemploi dun module de sécurité pour réaliser un relayage intermédiaire permet d'éliminer les risques dus à un défaut du circuit de commande ou du circuit de puissance.
Les modules de sécurité redondants et autocontrôlés permettent de garantir le bon fonctionnement des circuits de sécurité liés aux mouvements dangereux des machines.
Les modules de sécurité permettent d'assurer un relayage intermédiaire fiable en éliminant les risques :
d'un défaut du circuit de commande (entrées)
d'un défaut du circuit de puissance (sorties)
d'un défaut d'un composant interne du module de sécurité.
La fonction de sécurité est assurée dans tous les cas d'apparition d'un de ces défauts.
KM5 et KM6 contacteurs à contacts liés mécaniquement
Lorsque bornes A1-A2 sont alimentées, le relais peut être enclenché par un appui sur le bouton de réarmement S2.
Les relais K1 et K2 alors enclenchés, permettent denclencher les sorties 13-14 et 23-24.
L'utilisation d'un poussoir d'arrêt d'urgence bipolaire permet l'ouverture des relais K1 et K2, même si l'un des deux contacts de S1 reste collé. S1 est dans ce cas raccordé en bi-canal.
Si S1 na quun seul contact, le câblage est alors en monocanal.
Si l'un des relais K1 ou K2 reste collé, les contacteurs KM5 et KM6 s'ouvrent quand même.
Les contacts internes K1 et K2 en série assurent la fonction de REDONDANCE.
Malgré ce défaut, La fonction de sécurité est maintenue.
Après un Arrêt durgence, un ré-enclenchement du relais est rendu impossible par la boucle Y1-Y2 dans les cas de défauts suivants :
un non retour en position de repos de K1 ou K2
un non retour en position de repos de KM5 ou KM6 (contacts NC en série dans la boucle de retour).
Le relais est AUTOCONTROLE. Il vérifie automatiquement le bon fonctionnement des organes liés à la sécurité à chaque cycle de fonctionnement.
De même, les contacteurs KM5 et KM6 assurent une fonction de redondance du circuit de puissance.
Certain modèle possède une sortie statique (transistor) pouvant être connectée à un API pour fournir une simple information de déclenchement.
On ne peut pas gérer la sécurité avec ce type de sortie.
Lancienne norme EN 954-1 définit cinq catégories dun niveau croissant de performances suivant le tableau ci-dessous. Le choix est effectué grâce à létude des risques.
S1
E2
UT2
Les relais et contacteurs à contacts liès :
Le relais K1 et K2 et les contacteurs KM5 et KM6 sont à contact liès
Les différents modes de sécurité
Le fonctionnement dun composant de sécurité tel quun interrupteur de position peut seffectuer suivant plusieurs modes : le mode positif, le mode négatif ou le mode combiné.
Le mode positif présente une meilleure sécurité du fait que louverture des contacts est assurée en cas de défaillance interne du composant. Par contre, lusure de certains constituants peut conduire à une situation dangereuse, mais les conséquences du vieillissement peuvent être évitées par des opérations de maintenance (figure 1).
En mode négatif, une défaillance interne du composant, telle que rupture du ressort de rappel ou collage des contacts peut se produire de manière imprévisible ; elle peut conduire à une situation dangereuse dans la mesure où elle conduit à la non ouverture des contacts (figure 2).
Les interrupteurs de sécurité
Pour quun détecteur de position soit considéré à manuvre positive douverture, il faut que la séparation des contacts résulte dun déplacement défini de lorgane de commande de linterrupteur transmis par des pièces non élastiques (par exemple, sans ressort intermédiaire). Les détecteurs satisfaisant à cette prescription portent le Marquage et sont généralement de couleur rouge.
Les commandes bi-manuelles :
La commande bi-manuelle est un moyen de protection par occupation simultanée des deux mains
durant le fonctionnement dune machine à risque Pour déclencher le mouvement dangereux les deux unités de commande (boutons-poussoirs) doivent être actionnées simultanément (t < 0,5 sec)
Au relâchement d'un seul des deux boutons-poussoirs l'ordre de commande est annulé
Le dispositif ne doit pas être facile à neutraliser. Lespacement entre les boutons et leur emplacement ne doivent pas permettre dappuyer dessus en se servant dune seule main, du seul avant bras ou en utilisant un outil se substituant aux mains. Cette exigence peut être satisfaite par éloignement des deux boutons, en installant un obstacle entre ces derniers ou en jouant sur leur orientation.
Les barrières immatérielles :
Ces dispositifs fonctionnent par émission dun « rideau » constitué de faisceaux de lumière infrarouge inoffensive devant la zone dangereuse. Dès quun faisceau est occulté par lintrusion dune personne dans la zone contrôlée, le circuit électronique de la barrière immatérielle permet larrêt du mouvement dangereux.
Les Tapis sensibles :
Les équipements constitués de tapis de sécurité sinstallent devant ou autour des machines dangereuses et/ou robots. Ils offrent une protection de zone en éloignant les opérateurs machines des mouvements dangereux. Ils constituent des protections de zones destinées plus particulièrement à assurer la sécurité du personnel.
BAC ELEECLa sécurité des machines
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Si le capteur est unique il doit être installé en mode positif
Gallet usé Mauvais alignement
de la came
Contacts collés ressort cassés
La combinaison du mode positif et du mode négatif permet de saffranchir des risques de défaillance de mode commun des dispositifs et permet de garantir un meilleur niveau de sécurité (figure 3).
La figure ci-contre présente la démarche dévaluation du risque pour une machine. Cette démarche aboutit au choix dune catégorie demploi des composants de sécurité.
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Principe des contacts :
Un cas de soudure dun contact de pôle de puissance, la liaison mécanique empêche le contact auxiliaire à ouverture de se fermer lors de la désexcitation de la bobine.
