Flux de matériaux sûrs - un problème pour l'inhibition ?

Sur de nombreuses machines, les équipements de protection électrosensibles (ESPE), tels que les barrières immatérielles de sécurité et les scrutateurs laser de sécurité, sont utilisés comme mesure de protection lorsqu'un protecteur physique n'est pas adapté. C'est le cas, par exemple, sur les lignes de convoyage où les marchandises passent d'une zone de production à l'autre. Le plus souvent, ces applications exigent que l'ESPE permette à certains objets de traverser le champ de protection tout en réagissant à la présence de personnes. La mise en œuvre la plus courante de la sécurité des flux de matériaux consiste à "interrompre" temporairement l'ESPE à l'aide de capteurs supplémentaires pendant le passage des matériaux. Il existe cependant d'autres méthodes qui n'impliquent pas la désactivation, mais qui utilisent des algorithmes sûrs pour faire la différence entre le matériau et une personne.

Cet article explore ce sujet et présente quelques exemples de méthodes permettant de sécuriser le flux de matériaux à travers un ESPE, ainsi que des conseils sur la manière de choisir la meilleure solution pour votre application.

Réglementation européenne : garantir la sécurité des machines

Dans l'Espace économique européen, la sécurité des machines est une obligation légale.

Pour les fabricants qui ont l'intention de fournir des machines dans l’Union Européenne, la directive Machines (2006/42/CE) spécifie les exigences essentielles de santé et de sécurité relatives à la conception et à la construction des machines. La directive sur les équipements de travail (2009/104/CE) décrit les prescriptions minimales de sécurité et de santé pour l’utilisation au travail d’équipements de travail par les utilisateurs 

Pour garantir la sécurité des machines, il existe des solutions pratiques pour se conformer aux exigences de sécurité dans les normes EN harmonisées. Lorsque les exigences d'une norme EN harmonisée sont pleinement prises en compte, la présomption de conformité (aux lignes respectives de la Directive) prend effet.

Normes harmonisées selon trois catégories

Dans le domaine de la sécurité des machines, les normes sont structurées de la manière suivante :

• Normes de type A – Normes fondamentales de sécurité contenant les notions fondamentales, les principes de conception et les aspects généraux qui peuvent être appliqués à toutes les machines (par exemple, EN ISO 12100 pour l’évaluation des risques).
• Normes de type B – Normes générales de sécurité qui traitent des aspects de sécurité ou d'un type particulier de dispositif de protection. Elles peuvent être utilisées pour une large gamme de machines (par exemple, EN ISO 13855 pour le calcul des distances de sécurité minimales ou EN ISO 14119 pour l'interverrouillage, etc.)
• Normes de type C - Contient toutes les exigences de sécurité pour une machine ou un type de machine spécifique.

Si une norme de type C existe, elle a la priorité sur les normes de type A et B. Une norme de type C renvoie toutefois à toutes les normes de type A et B pertinentes au lieu de recréer le contenu. 

Toutefois, l'utilisation d'une seule norme de type C peut ne pas garantir la conformité aux exigences essentielles de santé et de sécurité (EESS) de la directive européenne relative aux machines. De plus, il est courant de nos jours de voir de nombreuses machines (dont chacune peut avoir ou non une norme de type C) fonctionner ensemble, ce qui peut rendre les choses un peu plus compliquées. Par exemple¨, on peut retrouver comme l’image ci-dessous une machine de d’usinage comprenant un tour, un robot, un système de stockage automatisés de pièces et un convoyeur (voir figure 1).

Sécurité fonctionnelle

Pour les machines qui intègrent généralement des équipements de protection électrosensibles (ESPE), les normes de type C pertinentes contiennent souvent des conseils concernant leur application. Par exemple, la série de normes de type C EN 415 qui couvre les exigences de sécurité pour les machines d'emballage contient de nombreuses informations utiles.

La norme EN 415-6 pour les machines d'emballage de palettes contient des annexes couvrant des sujets tels que les ESPE en position verticale, le positionnement dynamique des cellules de l'ESPE et l'inhibition de l'ESPE. Toutefois, cette norme a été publiée en 2013 et, depuis lors, il existe des technologies plus récentes qui peuvent être utilisées dans ces applications. Les normes décrivent l'état de l'art mais, malheureusement, leur  développement peut être plus lent que les progrès technologiques.

La norme EN 415-6 fait référence aux normes EN ISO 13849 et EN 62061 (aujourd'hui remplacées par la norme EN CEI 62061) en ce qui concerne la robustesse du système de contrôle dont l'ESPE fait partie. Ces parties d’un système de commande relatives à la sécurité (SRP/CS) doivent être conçues et construites en conséquence et doivent présenter un certain niveau de performance adapté au niveau de réduction des risques requis.

Les normes EN ISO 13849 et EN IEC 62061 fournissent des exigences de sécurité et des conseils sur les principes de conception et d'intégration des SRP/CS, y compris la conception des logiciels et spécifient les caractéristiques pour l'exécution des fonctions de sécurité (SF). Bien que l'une ou l'autre de ces normes puisse être utilisée, cet article se concentre sur la norme EN ISO 13849.

La norme EN ISO 13849 fournit des exemples d'un certain nombre de fonctions de sécurité typiques et fait référence à d'autres normes également pertinentes. Pour les ESPE et l'inhibition, elle fait référence à la norme EN ISO 13855 et à la norme CEI/TS 62046.

La norme EN ISO 13855 traite du positionnement des dispositifs de protection par rapport aux vitesses d'approche du corps humain. La formule générale pour calculer la distance minimale est la suivante :

S = (K × T) + C

Où :

S = Distance minimale de l'ESPE par rapport au point dangereux

K = Vitesse d'approche de l'homme

T = Temps d'arrêt de l'ensemble du système

C = Distance d'intrusion (valeur supplémentaire qui varie en fonction de la résolution du dispositif de protection et de la possibilité de contournement par une personne de l’équipement)

SICK peut fournir de l'aide et des conseils sur ce sujet et dispose de nombreux documents qu'il peut mettre à la disposition des clients. SICK propose également des prestations de services telles que des mesures de temps d'arrêt pour obtenir une valeur pour "T" afin de calculer la distance minimale requise "S".

EN CEI 62046 est une norme qui a été publiée après la publication de la norme EN ISO 13849 actuelle. Il est toujours conseillé d'utiliser la dernière version d'une norme. La norme EN CEI 62046 couvre spécifiquement l'application des dispositifs de protection pour détecter la présence de personnes et contient des conseils sur l'inhibition.

Pour une banderoleuse de palettes, les normes suivantes contiennent des indications utiles sur les ESPE :

• EN 415-6
• EN ISO 13849 / EN IEC 62061
• EN IEC 62046
• EN ISO 13855

Toutefois, cette liste n'est pas exhaustive et d'autres normes sont également pertinentes, par exemple la norme EN 60204 pour la sécurité électrique et la norme EN ISO 14118 pour la "prévention la mise en marche intempestive", pour n'en citer que quelques-unes.

Les normes de type C contiennent normalement des informations sur l'inhibition et renvoient aux autres normes. S'il n'existe pas de norme de type C, toutes les normes de type B pertinentes doivent être prises en considération pour réduire les risques. Si vous n'êtes pas sûr de la norme applicable, il est préférable de consulter un expert pour obtenir des conseils.

Les normes ne peuvent toutefois pas contenir d'indications sur les technologies qui ont été développées depuis leur publication. Dans ce cas, la norme peut être utilisée conjointement avec la norme EN ISO 12100.

Normes relatives à l'inhibition

En ce qui concerne l'inhibition, les normes de type C fourniront des orientations, mais il serait fastidieux de passer en revue toutes les normes de type C pertinentes. Que disent donc les normes EN ISO 13849 et CEI 62046 à ce sujet ?

EN ISO 13849

La norme EN ISO 13849 définit l'inhibition comme une "interruption automatique et temporaire d'une ou plusieurs fonctions de sécurité par les parties des systèmes de commande relatives à la sécurité (SRP/CS)". Il y a ici quelques mots importants :

• Temporaire - Combien de temps la fonction de sécurité (SF) est-elle suspendue ?
• Automatique - Comment le système de contrôle décide-t-il du moment où il faut suspendre le FS ?
• Fonction de sécurité - Quelle FS est suspendue et comment ?

Considérons une fonction d'arrêt liée à la sécurité déclenchée par un barrage immatériel de sécurité protégeant l'entrée d'un appareil de manutention de palettes. Lorsque le matériel (palette pleine) s'approche du barrage immatériel, le système de commande doit automatiquement détecter le matériel et suspendre la fonction de sécurité du barrage immatériel (détection des personnes) pour laisser passer le matériel (voir figure 2).

Cela peut se faire à l'aide de capteurs. Le système doit être capable de reconnaître le matériel de manière fiable et de faire la différence entre le matériel et une personne. Pendant l'inhibition, les conditions de sécurité doivent être assurées par d'autres moyens (blocage de l'entrée par la matière transportée) et, une fois l'inhibition terminée, toutes les fonctions de sécurité de la SRP/CS doivent être rétablies.

Une idée fausse très répandue est que tous les systèmes d'inhibition doivent être équipés d'une lampe d'inhibition. Même si certaines normes de type C prescrivent l'utilisation d'une lampe, la norme EN ISO 13849 indique seulement que "dans certaines applications, un signal d'indication de l'inhibition est nécessaire". En outre, la norme EN CEI 62046 stipule que lorsqu'un indicateur est fourni pour montrer que la fonction d’inhibition est active il convient d'examiner si la présence de l'indicateur d'inhibition peut entraîner des tentatives abusives d'accès à la zone dangereuse. Il peut donc être préférable de ne pas en avoir.

EN CEI 62046

La norme EN CEI 62046 contient des annexes informatives qui fournissent des conseils sur l'application et le positionnement des équipements de protection et des capteurs de détection de matériaux dans le but d'initier la fonction d'inhibition, et fournit également des exemples illustratifs à cet égard. Toutefois, les exemples ne sont pas censés être les seules solutions à une application. Ils ne sont pas non plus destinés à restreindre l'innovation ou le progrès technologique. La norme présente également la figure suivante pour montrer sa relation avec d'autres normes (voir la figure ci-dessous).

La clause 5.7 de la norme EN IEC 62046 couvre en détail l'inhibition et aborde des sujets similaires à ceux de la norme EN ISO 13849, mais de manière beaucoup plus détaillée. La norme fournit des exigences qui s'appliquent lorsque la fonction d'inhibition est fournie, telles que :

• L'inhibition doit être déclenchée par deux ou plusieurs signaux d'inhibition indépendants
• La fonction d'inhibition doit être interrompue lorsque l'un des signaux d'inhibition maintenant la fonction est désactivé.
• Les signaux d'inhibition doivent faire l'objet d'un contrôle de temporisation et/ou de séquence pour garantir un fonctionnement correct.
• Il doit y avoir une protection contre le déclenchement involontaire de l'inhibition ou de l'inhibition continue en raison d'un dommage mécanique et/ou d'un désalignement des capteurs d'inhibition.
• Des mesures doivent être prévues pour empêcher le contournement de l'équipement de protection
• Il doit y avoir une protection contre les mauvais usages prévisibles, y compris la manipulation.

La norme donne également des recommandations et de nombreux exemples de mesures qui peuvent être utilisées, y compris des conseils sur l’inhibition pour permettre l'accès à des personnes ou à du matériel, et une fonction de dégagement.

Exemples de solutions sûres en matière de flux de matériaux

EN IEC 62046 - Exemples d'inhibition

L'annexe D de la CEI 62046 contient un certain nombre d'exemples de disposition des capteurs photoélectriques d'inhibition lorsqu'ils sont utilisés pour permettre l'accès automatique par le matériel. Toutefois, comme nous l'avons déjà souligné, il ne s'agit pas d'une liste exhaustive et il n'est pas prévu que seuls ces exemples soient utilisés. Ces exemples couvrent toutefois les configurations les plus courantes (voir figure 4).

L'exigence la plus importante pour les configurations de capteurs d'inhibition est qu'elles doivent garantir qu'une personne ne puisse pas passer par l'ouverture vers la zone dangereuse lorsque le système est en état d'inhibition. Cela peut se produire, par exemple, en montant sur une palette ou en marchant à côté ou derrière le matériel. L'annexe fournit également des conseils à ce sujet (mesures supplémentaires, portes battantes, etc.) et présente quelques méthodes pour éviter la manipulation.

Il est également important que la configuration de l’inhibitionn'entraîne pas de risques supplémentaires (par exemple d'écrasement) entre le matériel transporté et toute structure fixe. Il existe donc également des conseils sur les distances maximales/minimales pour les éléments suivants :

• Distance entre le matériau et les parties fixes de l'enceinte
• Distance entre les capteurs d'inhibition
• La hauteur des capteurs d'inhibition par rapport au plan du convoyeur

La version actuelle de la CEI 62046 a été publiée en 2018 et a remplacé la norme technique CEI/TS 62046 publiée à l'origine en 2008. Cette norme contient toutefois des exemples limités, et de nouvelles technologies et de nouvelles solutions d'inhibition ont été développées depuis la rédaction de cette norme. Du point de vue de la technologie de sécurité, ce qui est important en fin de compte, c'est que les objectifs de protection de la norme EN CEI 62046 en matière d'inhibition soient atteints. Cela signifie que toutes les approches de solutions alternatives qui conduisent à un niveau de sécurité équivalent (ou même supérieur) sont, bien entendu, également autorisées.

La section suivante fournit d'autres exemples d'inhibition, mais présente également de nouvelles méthodes qui tirent parti d'algorithmes intelligents et ne nécessitent pas la suspension d'un ESPE.

Scrutateur laser de sécurité - adaptation au champ de protection

Comme les barrières immatérielles de sécurité, les scanners laser de sécurité sont des ESPE qui peuvent être utilisés pour détecter une personne. Le champ de protection d'un scrutateur laser doit normalement se situer dans un plan horizontal, où les applications courantes comprennent la prévention d'un redémarrage dans une cellule robotisée ou l'arrêt de protection d'un véhicule à guidage automatique (AGV) (voir la figure 5).

Les scanners laser peuvent toutefois être utilisés verticalement comme une barrière immatérielle de sécurité et il est également possible de modifier dynamiquement le champ de protection à l'aide de signaux d'entrée. L'utilisation d'une barrière immatérielle de sécurité permet d'accroître la sécurité en ne coupant qu'un certain nombre de faisceaux. Avec un scanner laser de sécurité, cependant, vous pouvez réellement modifier la forme du champ de protection pour entourer le contour du matériau lorsqu'il est en état d'inhibition (voir figure 6).

Il n'est donc plus nécessaire de prévoir un équipement de protection supplémentaire ou des capteurs pour détecter si une personne tente d'accéder à une machine alors que la fonction de sécurité de l'ESPE est interrompue.

En outre, si vous disposez d'une interface de données sécurisée avec un scanner (par exemple, CIP Safety, PROFISAFE, SICK - EFI Pro), vous pouvez surveiller plusieurs champs de protection en même temps. C'est ce qu'on appelle l'évaluation simultanée des champs et cela permet aux ingénieurs de développer des applications complexes à l'aide d'un seul capteur. Les solutions Safe Portal de SICK utilisent ces caractéristiques pour détecter en toute sécurité des matériaux à l'aide de " champs d'inhibition " séparés qui ajustent dynamiquement les champs de protection pour permettre au matériau de passer tout en continuant à protéger le reste de l'ouverture. Il n'est donc plus nécessaire d'installer des capteurs d'inhibition, ce qui offre une plus grande souplesse et permet de réduire l'encombrement au sol (voir figure 7).

Alternatives à l'inhibition traditionnelle

Le système de sécurité Safe Entry Exit est une alternative certifiée par le TÜV à l'inhibition traditionnelle. Ce système utilise un signal unique provenant du contrôleur de processus comme premier signal, et la barrière immatérielle elle-même comme deuxième signal d'inhibition. Associé à des contrôles de temps et de séquence, il permet de détecter de manière fiable les matériaux et de déclencher la fonction d'inhibition. Comme le Safe Portal, ce système peut éliminer le besoin de capteurs d'inhibition supplémentaires et réduire l'encombrement du système d'inhibition (figure 8).

Une véritable différenciation entre l'homme et la matière

Les dispositifs de sécurité sont devenus incroyablement polyvalents et les micro-puces puissantes permettent de mettre en œuvre des algorithmes complexes à grande vitesse. Des faisceaux individuels peuvent être évalués, ce qui permet la reconnaissance de modèles dans un capteur de sécurité actif en permanence. Cela signifie qu'un dispositif de sécurité peut faire la différence en toute sécurité entre un être humain et le matériel autorisé à pénétrer dans une zone dangereuse. Un tel système n'interrompt pas la fonction de sécurité de détection des personnes à tout moment du processus. Il offre une protection constante, car les faisceaux ininterrompus restent actifs.

La barrière immatérielle de sécurité C4000 Fusion peut être utilisée horizontalement et permet à l'utilisateur de configurer différents modèles en spécifiant des paramètres tels que

• Nombre d'objets autorisés
• Largeur des objets
• Distance entre les objets
• Direction
• Séquence
• etc.

Cela signifie que seules certaines silhouettes sont autorisées à traverser le champ de protection du barrage immatériel de sécurité sans déclencher la fonction de sécurité (= déclencher l'arrêt), ce qui permet, par exemple, de distinguer un skid de voiture d'un être humain (voir figure 9).

Un autre exemple de reconnaissance des formes est la fonction Smart Box Detection du barrage immatériel de sécurité deTec4. Cette fonction évalue les faisceaux pour identifier les objets qui semblent rectangulaires dans la perspective bidimensionnelle du barrage immatériel, par exemple des boîtes en carton ou même des rouleaux. Cette fonction peut s'avérer particulièrement utile dans les applications qui utilisent traditionnellement des tunnels de protection pour augmenter la distance par rapport à un point dangereux. Les capteurs d'inhibition ne sont plus nécessaires et, en fonction du temps d'arrêt de la machine, la distance de sécurité peut être réduite de manière significative. Les faisceaux qui n'ont pas été interrompus restent actifs et continuent donc d'empêcher les personnes d'atteindre le point dangereux en passant par-dessus l'objet (voir figure 10).

Mise en œuvre d'une solution

Un autre point à considérer est la mise en œuvre d'une solution. Par exemple, il est possible d'acheter des solutions préconfigurées, câblées, alignées et précertifiées, telles que décrites dans la norme EN CEI 62046 (voir figure 11).

L'achat d'un système complet au lieu de l'achat individuel de tous les composants, supports et câbles réduit les efforts de conception, de configuration et d'installation. Il peut également réduire l'effort nécessaire pour vérifier les performances du système (PL/SIL).

Si l'inhibition est mise en œuvre dans un contrôleur de sécurité, des blocs fonctionnels pré-certifiés sont disponibles et offrent à l'utilisateur beaucoup plus de flexibilité avec une suite logique complète. Il existe également des solutions autonomes et des dispositifs dotés d'algorithmes d'inhibition/de sécurité intégrés.

Il est important de comprendre les avantages et les inconvénients de la mise en œuvre d'un système d'inhibition, car cela peut affecter différents facteurs tels que le coût, la disponibilité, la robustesse, les spécifications et l'encombrement, entre autres. Le tableau 1 présente les implémentations les plus courantes.

En réalité, certains systèmes peuvent différer de ce tableau, mais en général, ces exemples de mise en œuvre sont basés sur de nombreuses années d'expérience dans ce domaine et peuvent constituer une bonne référence.

Tableau 1 : Mise en œuvre de solutions pour un passage sûr du matériel

Résumé concernant la sécurité des flux de matériaux : chaque application est différente

Les dispositifs de protection électrosensibles sont couramment utilisés sur les machines pour protéger l'accès aux zones dangereuses, et il arrive souvent que le système doive permettre l'entrée et la sortie de matériaux dans la machine tout en protégeant les personnes en toute sécurité. La fonction traditionnelle d'inhibition des dispositifs de protection s'est développée au fil du temps pour devenir une méthode de plus en plus polyvalente. Il existe cependant de nombreuses solutions sur le marché, y compris des solutions qui n’interrompent pas la fonction de sécurité (= déclenchement d'un arrêt), mais qui utilisent une détection intelligente des formes pour autoriser dynamiquement le passage du matériel tout en détectant l'accès d'une personne.

Chaque application est différente et certaines solutions peuvent offrir des avantages particuliers par rapport à d'autres ; le concepteur doit donc tenir compte de ce qui est important pour lui. Si une norme de type C existe pour une machine, elle peut offrir des conseils et des orientations sur la manière de mettre en œuvre des solutions sûres. Cependant, la technologie évolue souvent plus vite que le développement des normes. La norme EN CEI 62046 en tient compte et indique que d'autres solutions peuvent être envisagées. Lors de la sélection de la meilleure solution, la seule chose qui compte est de savoir si les objectifs de protection ont été atteints et si la solution est résistante à la manipulation.

Les fabricants d'ESPE ont une grande expérience dans l'application de leurs dispositifs de protection et proposent de nombreuses solutions différentes pour assurer le passage sécurisé des matériaux sur une machine. En cas de doute, les spécialistes de la sécurité et des capteurs de SICK se feront un plaisir de vous conseiller et de vous aider à trouver la bonne solution.

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