Assurer la sécurité des variateurs et machines : contrôles d'ingénierie et mesures de protection

Selon une hiérarchie des contrôles couramment consultée, la sécurité des personnes sur le lieu de travail dépend de divers types de mesures de protection. La plus efficace d'entre elles est classée comme élimination du danger – évidemment. À l'autre extrémité de l'échelle se trouve le port d'équipements de protection individuelle. À mi-chemin entre les deux se trouve le domaine des contrôles d'ingénierie – la conception ou l'adaptation de machines pour isoler le travailleur du risque.

Cette catégorie comprend une grande variété d'idées d'ingénierie. Les ascenseurs et plateformes aident à empêcher les chutes (ou d'être écrasé par une chute). Les pièces sacrificielles telles que les fusibles ou les disques de rupture sont conçues pour protéger les machines en cédant sous contrainte. Les systèmes de ventilation assurent que les atmosphères sont propres et sûres à respirer.

Systèmes de sécurité des machines dans la fabrication

Les machines avec des pièces en mouvement rapide, telles que les volants, courroies d'entraînement et pales de ventilateur, présentent un danger particulier, et, là où elles sont faisables, des protections pour prévenir le contact avec les parties du corps sont une exigence légale. Ces protections vont des capots et boucliers fabriqués de manière appropriée aux cages périmétriques en fil de fer, dans le cas de robots et d'autres machines plus grandes.

Là où une intervention humaine dans l'équipement est requise, afin d'effectuer une inspection ou une réparation, il est essentiel que les machines dangereuses soient désactivées et maintenues en sécurité éteintes. Un certain nombre de dispositifs sont traditionnellement utilisés pour effectuer cette procédure. Le plus couramment, des verrouillages électriques attachés aux portes d'accès désactivent automatiquement les machines lorsque les portes sont ouvertes.

Les barrières immatérielles et rideaux lumineux remplissent la même fonction pour les machines plus petites ou là où les cages en maille seraient inappropriées. (Le circuit électrique est interrompu lorsqu'une personne coupe un champ de lumière projeté entre deux points.) Les tapis de pression sont un autre dispositif de détection de présence fréquemment utilisé.

Un tel système de sécurité fonctionne conventionnellement au moyen d'une série de composants électromécaniques câblés en dur : commutateurs, relais, contacteurs, codeurs, etc. De plus en plus, cependant, les contrôles de sécurité mis en œuvre par ces dispositifs externes sont intégrés dans la programmation des variateurs de vitesse.

Les systèmes de sécurité basés sur variateurs sont moins compliqués et moins longs à installer que leurs prédécesseurs non numériques. Ils évitent les structures électroniques supplémentaires requises par les mécanismes de sécurité traditionnels et sont moins vulnérables aux pannes de pièces. Avec des procédures de réinitialisation plus simples et plus rapides, de plus, les temps d'arrêt coûteux peuvent être minimisés.

Systèmes de sécurité basés sur variateurs dans les machines de fabrication

Comme tous les aspects de l'ingénierie des machines, les fonctions de sécurité basées sur variateurs doivent fonctionner à un certain niveau de fiabilité. Les normes élaborées par des organismes tels que la Commission Électrotechnique Internationale informent la législation produite par l'Union Européenne et d'autres autorités à travers le monde. Afin de répondre aux critères de sécurité requis par la Directive Machines UE 2006/42/CE, la sécurité fonctionnelle des variateurs de vitesse doit être conforme à la norme produit EN/IEC 61800-5-2.

Les mesures de sécurité qu'un système basé sur variateur peut apporter aux opérations couvrent une gamme de réponses aux dangers. La fonction fondamentale, et la plus couramment utilisée, est le signal Safe Torque Off (STO - Couple en sécurité éteint). Cela coupe simplement l'alimentation génératrice de couple au moteur. La rapidité avec laquelle la machine s'arrête dépendra de la charge ou de la friction, et elle est garantie contre tout redémarrage inattendu.

Là où l'action mécanique doit être arrêtée de manière contrôlée, la fonction Safe Stop 1 (SS1 - Arrêt sûr 1) instruit le variateur de réduire rapidement la vitesse à l'arrêt avant d'activer automatiquement le STO. Cela convient aux exigences d'arrêt d'urgence d'équipements lourds en rotation tels que scies, machines de meulage et laminoirs.

Safe Stop 2 (SS2) fonctionne de la même manière sauf qu'après le freinage, le moteur est maintenu dans un État de Fonctionnement Sûr. L'utilisation de cette fonction pour maintenir le couple complet disponible du moteur peut être nécessaire pour maintenir les pièces d'équipement stables qui sinon tomberaient hors de position.

Dans le cas de machines telles que les grues et palans qui traitent des charges très lourdes, un Safe Brake Control (SBC - Contrôle de frein sûr) est utilisé pour activer un frein de maintien mécanique en même temps que le variateur principal est désactivé par le signal STO.

Grâce à la fonction Safely-Limited Speed (SLS - Vitesse Limitée en Sécurité), les machines peuvent être faites pour fonctionner en dessous d'une limite spécifiée. Comme surveillé par le variateur, une vitesse qui dépasse cette limite déclenchera automatiquement un arrêt d'urgence via un signal STO ou SS1.

La fonction SLS est particulièrement utile dans la mise en place et la maintenance d'équipements où, par exemple, des câbles doivent être manuellement enroulés sur des roues ou tambours tournants. C'est aussi généralement un moyen de minimiser la perte de travail. Au lieu d'arrêter complètement une machine lorsqu'un opérateur est à proximité de l'équipement, elle peut être utilisée pour poursuivre la production à un rythme réduit et sûr jusqu'à ce que l'opérateur entre dans une zone de danger spécifique (auquel moment l'alimentation est coupée).

Et parce que les chutes brusques, ainsi que les surtensions, peuvent amener certaines machines à se comporter dangereusement, une limite de vitesse inférieure peut être programmée conjointement avec une limite supérieure au moyen de la fonction Safe Speed Range (SSR - Plage de Vitesse Sûre).

Avoir cette gamme de contrôles de sécurité disponibles, individuellement ou en combinaison via des modules enfichables et des modules bus de terrain, donne au concepteur d'automatisation une flexibilité et une liberté significativement plus grandes qu'auparavant. Et avec les informations d'état disponibles dans l'interface du variateur, l'opérateur a un aperçu système fiable s'étendant à des diagnostics opportuns et précis.

Son caractère intelligent et adaptable signifie finalement qu'un système de sécurité basé sur variateur est aussi capable de prévenir les dangers mécaniques qu'il est efficace pour y répondre. Les avantages conséquents pour le lieu de travail, non seulement en termes de sécurité mais aussi en ceux de rationalisation de la conception et d'amélioration de l'efficacité globale, en font un composant naturel de l'industrie automatisée.