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1. Catégories d’arrêts et arrêts d’urgence

La norme EN 418 est spécifique aux arrêts d'urgence.La norme EN 60204 distingue trois catégories d'arrêts :

• la catégorie 0 : l'arrêt est obtenu par suppression immédiate de l'énergie de puissance sur les actionneurs(arrêt non contrôlé),

• la catégorie 1 : l'arrêt est contrôlé en maintenant l'énergie de puissance sur les actionneurs pour obtenirl'arrêt de ces derniers, ensuite les actionneurs sont mis hors énergie de puissance lorsque l'arrêt est effectué.

• la catégorie 2 : l'arrêt est effectué en maintenant l'énergie de puissance sur les actionneurs.

L'article § 9.2.5.4 de la norme EN 60204 apporte les précisions suivantes :L'arrêt d'urgence doit fonctionner comme un arrêt de catégorie 0 ou 1. Le choix de la catégorie doit être déterminé en fonctionde l'évaluation du risque entraîné par le S.A.P.

Si un arrêt de catégorie 0 est utilisé pour une fonction d'arrêt d'urgence, il doit être réalisé uniquement avec des composantsélectromécaniques câblés.En outre, cette fonction ne doit pas dépendre d'une logique électronique (matériel et logiciel) ou d'une transmission par unréseau ou une liaison de communication.

Si une fonction d'arrêt de catégorie 1 est utilisée pour une fonction d'arrêt d'urgence, la mise hors énergie des actionneursdoit être assurée et réalisée au moyens de composants électromécaniques.

Les A.P.I. sont donc actuellement considérés par les normes comme incapables d'assurer la sécurité liée à une demande d'arrêtd'urgence. Les normes imposent donc le traitement de la procédure d'arrêt d'urgence en logique câblée.

Cette restriction est très compréhensible si on considère qu'un constituant programmable, donc par obligation réaliséavec des composants électroniques, ne permet pas de respecter les recommandations légales relatives à la défaillancede la P.C.

Conformément aux normes sur la sécurité, les sécurités essentielles d'un S.A.P. sont réalisées par câblage decomposants électromécaniques considérés comme plus fiables que les constituants programmables. Encore faut-ilque la fiabilité des composants électromécaniques soit démontrée.

2. Composants et dispositifs utilisés pour la sécurité

Les relais standard restent le point faible des sécurités en logique câblée. La fiabilité relative des contacts(collage) et des bobines (coupure) est à considérer.

2.1 Points faibles d'un relais électromagnétique standard ?

• Le contact normalement ouvert (NO) peut rester collé lorsque la bobine est désexcitée,• le ressort assurant l'ouverture des contacts NO peut casser,• le claquage de la bobine n'est pas impossible : surtension, court-circuit des spires.

Si le relais, ou le contacteur, électromagnétique est de qualité et de caractéristiques appropriées, leclaquage, rare mais non impossible, de la bobine entraîne sa mise au repos avec pour conséquence,l'ouverture des contacts dits « normalement ouverts » sous l'action des ressorts de rappel des armatures.Il s'agit là d'un comportement orienté faisant abstraction du collage des contacts.

Pour atténuer les effets du collage, la solution proposée fait appel à une technologie dite « à contacts liésmécaniquement».

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2.2 Contacts liés mécaniquement.

En cas de collage du contact normalement ouvert (NO, 13-14) d'un relais ou d'un contacteur à contacts liés,le contact complémentaire normalement fermé (NF, 21-22) doit rester ouvert avec un écartementsupérieur à 0,5 mm lorsque la bobine est désexcitée. En cas de soudure du contact NF, le contact NO nepeut pas se fermer lorsque la bobine est excitée.Dans les deux cas la séparation des parties fixes et mobiles des contacts non collés est assurée.Il existe différentes technologies pour obtenir la garantie d'ouverture en cas de collage.

La solution la plus courante passe par l'utilisation d'une barrette en plastique rigide et non conducteur pourlier les contacts NO et NF.

2.3. Notion de capteurs à contacts à action positive ou négative.

Un capteur-opérateur ou machine est dit à action positive lorsque l'organe de commande extérieur (boutonpoussoir, coup de poing, tige à galet, pression, etc.) agit directement sur la barrette support des contacts ouindirectement par l'intermédiaire depièces indéformables.

Fonctionnement du capteur enmode positif :

Machine en fonctionnement =

capteur au repos

En cas de rupture du ressort ou de soudage des contacts NF; la sécurité est assurée par arrachement de la barrettesous l'action de la tige poussée par le galet.

L'usure du galet ou le désalignement de la came peuvent par contre entraîner une situation dangereuse mais laprobabilité d'un tel incident sera réduite si on procède régulièrement, comme il se doit, à des opérations demaintenance préventive.

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Bilan : Les défauts “ invisibles ” (internes au capteur)

comme contacts collés* ou ressort cassé ne conduisent

pas à une situation dangereuse. Par contre, une

maintenance préventive permet de s’affranchir des

défauts dangereux [visibles] de type désalignement ou

d’usure.

* [risque peu élevé car deux plots par contact et action

mécanique à l’ouverture]

Cas du capteur à contacts à action négative

L'ouverture sûre des contacte NO du capteur àaction négative est liée d'une part à la fiabilité duressort et d'autre part au non-collage des contactseux-mêmes.Si le ressort se brise ou si les contactsrestent collés, le carter en position ouverte estinterprété par la P.C. comme si il était resté enposition fermés. La sécurité n'est plus assurée.

Fonctionnement du capteur en modenégatif :

Machine en fonctionnement = capteur

actionné

Bilan : Les défauts possibles sont internes au

capteur, ils ne peuvent pas être détectés par la

maintenance préventive

Mode combiné

Pour s’affranchir des défauts dus au

mode positif seul, il est possible

d’utiliser un mode combiné :

Association des deux modes positif et

négatif.

Le mode négatif n’est admissible que s’il est utilisé en combinaison avec un capteur en mode

positif.

Si le capteur est unique, il doit être de mode positif.

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2.3. Manœuvre positive d’ouverture

Un dispositif de commutation électrique est dit à manœuvre positive d'ouverture quand tous les élémentsmobiles des contacts normalement fermés peuvent être amenés avec certitude à leur position d'ouverture.Il ne doit exister aucune liaison élastique entre les contacts mobiles et l'organe de commande auquell'effort de manœuvre est appliqué.

Il existe des interrupteurs de position de ce type avec contacts NO-NF équipés de contacts à actionbrusque ou à action dépendante.

Un contact est dit à action brusque quand la vitesse de déplacement de sa partie mobile est indépendantede la vitesse de l'organe de commande. Ce type de contact est généralement caractérisé par des pointsd'action et de relâchement non confondus (course différentielle de l'organe de commande) => fig. ci-dessous.

Un contact est dit à action dépendante quand la vitesse de déplacement de sa partie mobile est égale ouproportionnelle à la vitesse de l'organe de commande qui doit être supérieure à 0,001 m/s.

La distance d'ouverture est dépendante de la course de l'organe de commande.Ce type de contact est caractérisé par des points d'action et de relâchement confondus.

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2.4. Redondance de composants ou de constituants

La redondance consiste à doubler certains composants ou certains constituants de manière à pallier ladéfaillance de l'un d'entre eux par le bon fonctionnement de l'autre, en faisant l'hypothèse qu'ils neseront pas en défaut simultanément.Elle peut porter sur la totalité d'une chaîne fonctionnelle ou simplement sur des éléments critiques.La redondance est dite active quand tous les moyens redondants sont en action simultanément.Elle est dite passive quand une partie seulement des moyens redondants est en service, le reste n'étantutilisé que sur sollicitation en cas de défaillance des éléments en fonctionnement.Seule la redondance active assure la sécurité (pas d'ordres intempestifs), tout en améliorant la disponibilité(maintien de la fonction sur première défaillance).

La redondance passive n'améliore que la disponibilité, et en aucun cas la sécurité.

Définition de la redondance d'après la norme EN 60204, article 3.47Duplication de dispositifs ou de systèmes visant à garantir que, dans l'éventualité d'une défaillance dansl'exécution de sa fonction, un des dispositifs ou des systèmes reste disponible pour assurer la ditefonction.

2.4.1 Notion de redondance appliquée aux relais électromagnétiques

Les relais standard lorsqu'ils sont utilisés dans un circuit de sécurité constituent le maillon le moins fiablede la chaîne.Aucun relais électromagnétique standard ne peut être considéré comme un composant sûr dans l'espritdes normes européennes sur la sécurité (EN 50100-1).Le circuit de sécurité ci-dessous est réputé dangereux suivant les prescriptions de la norme EN 954. Sonutilisation est limitée aux machines appartenant à une catégorie dite de risques faibles.

Pour les S.A.P. dont les risques évalués placent celui-ci dans une catégorie supérieure, le relayage de lasécurité doit se faire de manière redondante.

En ce qui concerne les relais électromagnétiques, la redondance est obtenue en utilisant deux relais. Lesbobines sont montées en parallèles et les contacts similaires en série (fig. ci-après).

Circuit desécurité à risqueà cause du relais

unique

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La redondance de relais ramène le niveau de sécurité des contacts de sorties à celui des autres composantsdu circuit.

Le risque qui subsiste concerne la défaillance non détectée d'un des relais. Si le contact k1 reste collé, laredondance prévue n'est plus effective et pourtant le circuit de sécurité reste en service.

Le réarmement est encore possible.

Il faut donc assurer un autocontrôle des relais. Si l'un des relais est défaillant, les autres relais doivent êtremaintenus au repos. Le réarmement de la sécurité devient impossible.

2 .5. Autocontrôle

L'autocontrôle constitue l'aptitude d'un dispositif ou d'un système à détecter et éventuellement àdiagnostiquer ses propres défauts. Si un défaut est détecté, le fonctionnement est interrompu et leréarmement du système de surveillance est interdit.

2.5.1 Application à la surveillance d'un protecteur mobile

Le protecteur mobile peut être un capot, un carter, une grille ou une porte interdisant ou autorisant l'accèsà une zone dangereuse pour l'opérateur. Voici un exemple de solution proposée. Elle exploite le module desécurité GEK-B de la gamme Préventa réalisé à partir de relais électromagnétiques à contacts liés.

Circuit de sécuritéavec redondance

de relaisélectromagnétiques