Les relais de sécurité expliqués : Guide de fonctionnement
octobre 1, 2024 dans Blogue sur la sécurité des machines parTemps de lecture estimé : 11 minutes
Mis à jour le 30 avril 2025 – Corrections apportées suite aux commentaires. Merci à Frank d’Automated Machine Technologies pour ses contributions.
Mis à jour le 5 décembre 2025 – Des améliorations supplémentaires ont été apportées pour clarifier les pratiques de câblage, le comportement de diagnostic et les explications des signaux OSSD.
Table des matières
Introduction
Un relais de sécurité est un dispositif électromécanique ou électronique conçu pour réduire les risques et mettre en œuvre des fonctions de sécurité, en particulier dans les environnements industriels. Son objectif principal est de couper l’alimentation et d’éliminer les risques de manière sûre et fiable. Il réduit le risque de danger et diminue la probabilité de dommages, de blessures ou de décès.
Il est important de noter qu’un relais de sécurité n’est pas un dispositif autonome. Cependant, nous l’installons dans le cadre d’un circuit de commande et de sécurité plus vaste à l’intérieur d’une machine. Il sert d’interface entre les dispositifs de sécurité et les composants de la machine.
Contrairement aux relais ordinaires, nous concevons les relais de sécurité pour répondre à des normes de sécurité strictes, en intégrant des principes de sécurité positive qui garantissent la sécurité opérationnelle dans des conditions critiques. Un relais de sécurité aide à détecter les défaillances des fonctions de sécurité et les défauts internes, y compris les défauts de ses entrées et sorties.
Les relais de sécurité sont essentiels pour protéger les travailleurs contre les machines dangereuses et prévenir les défaillances système dans les systèmes automatisés. Bien que l’installation d’un relais de sécurité ne soit souvent pas légalement obligatoire en tant que composant spécifique, il est fréquemment utilisé pour simplifier la conception des circuits de sécurité, augmenter le niveau de sécurité de la machine et aider à détecter les défauts.
Je souhaiterais également mentionner que vous pourriez ne pas avoir besoin d’un relais de sécurité dans vos conceptions de circuits de sécurité si vous utilisez des composants tels que des automates de sécurité, des contrôleurs de sécurité, des variateurs/entraînements de sécurité, etc. Cet article se concentrera sur un seul relais de sécurité à double canal, mais il y a plus que cela. Un contrôleur de sécurité, par exemple, peut avoir de nombreuses entrées et sorties de sécurité et s’interfacer avec divers dispositifs tels que les arrêts d’urgence, les tapis de sécurité et les commandes à deux mains. En fait, la logique des contrôleurs de sécurité peut être programmée, et ils peuvent souvent être étendus avec des modules d’extension.
Histoire du relais de sécurité
Le fabricant allemand d’automatismes Pilz a développé le premier relais de sécurité et a breveté le relais d’arrêt d’urgence de la marque PNOZ en 1987. Cela a révolutionné l’industrie de la sécurité des machines en offrant une alternative plus simple et plus sûre aux circuits câblés complexes.
Divers fabricants produisent désormais des relais de sécurité avec une gamme de fonctions et de caractéristiques différentes. Par exemple, un relais de sécurité à deux mains est un exemple de relais de sécurité spécifique à une fonction.
Évaluations des risques
Vous devez baser le relais de sécurité et le système de sécurité global que vous choisissez sur les résultats d’une évaluation des risques pour la machine.
Bien que je ne couvre pas les détails ici, il est essentiel de comprendre les niveaux de performance (PL), les catégories de sécurité et le niveau d’intégrité de sécurité (SIL) lors de la sélection du système de sécurité approprié. Si vous connectez un composant à PL faible à un composant à PL élevé, en général, l’ensemble du système sera rétrogradé au PL le plus bas.
Notez qu’en pratique, le PL global dépend de la catégorie, du MTTFd, du DC et du CCF. (D’après ISO 13849-1:2006)
Construction de base d’un relais de sécurité
Un relais de sécurité possède généralement plusieurs entrées et sorties de sécurité, selon son type. Il s’agit de bornes où vous pouvez connecter vos fils ou vos câbles.
Ainsi, si nous commençons par le côté entrée, nous connecterons un dispositif de sécurité au relais de sécurité. Un exemple de dispositif qui se connecte à l’entrée d’un relais de sécurité est un interrupteur de verrouillage de sécurité, un bouton d’arrêt d’urgence ou un rideau lumineux. Vous pouvez même connecter les sorties d’un relais de sécurité aux entrées d’un autre relais de sécurité. (C’est une façon de connecter des modules de relais de sécurité en « chaîne »).
Un aspect essentiel des entrées de sécurité de nombreux relais de sécurité est qu’elles sont dotées d’une redondance à double canal.
Double canal et redondance
La redondance des signaux garantit qu’un seul défaut sur une ligne ne compromettra pas la fonction de sécurité. Nous discuterons de cela plus en détail plus tard, mais il est essentiel de câbler correctement le relais de sécurité pour maintenir la redondance avec ces dispositifs. Pour les entrées de sécurité à double canal, chaque canal du relais de sécurité a généralement deux bornes d’entrée.
Maintenant, ce n’est pas le cas pour tous les circuits de sécurité. Selon l’évaluation des risques, un dispositif à canal unique pourrait également se connecter à un relais de sécurité spécifique qui accepte les entrées à canal unique. Cependant, un relais de sécurité à canal unique ne peut pas détecter tous les défauts qu’un relais de sécurité à deux canaux peut détecter.
De même, pour la sortie d’un relais de sécurité, ces bornes se connecteront à un autre relais de sécurité ou à un dispositif tel qu’un contacteur. Comme pour les entrées, les sorties sont également redondantes et sont contrôlées périodiquement pour vérifier l’état des signaux.
Habituellement, une unité compacte montée sur rail DIN contient toutes ces bornes d’entrée et de sortie. Nous installons ces unités à l’intérieur de l’armoire de commande ou électrique d’une machine. Le relais de sécurité doit également avoir quelques voyants lumineux sur sa face avant pour indiquer son état de sortie. Parfois, vous pouvez diagnostiquer un défaut en voyant quel voyant d’une entrée de sécurité ne se réinitialise pas.
Enfin, le « cerveau » du relais de sécurité, ou ses composants internes, est un microcontrôleur spécifique à la fonction ou un autre circuit. Il vérifie et contrôle continuellement ses fonctions de sécurité. Par conséquent, le relais de sécurité présente des circuits redondants avec auto-surveillance intégrée. Si un défaut interne est détecté, le relais désexcite ses sorties de sécurité et empêche un redémarrage, de sorte que la machine reste dans un état sûr.
Exemple de schéma de câblage d’un relais de sécurité
Voici un exemple fondamental d’un schéma de câblage typique d’un relais de sécurité. Notez que le câblage du relais de sécurité varie considérablement, alors assurez-vous de lire attentivement le manuel d’instructions de votre relais de sécurité.
Plusieurs points clés méritent d’être notés concernant le schéma électrique ci-dessus.
- Alimentation—Le relais de sécurité et les contacteurs sont alimentés par une alimentation 24 VCC connectée directement aux bornes A1 et A2.
- Le bouton d’arrêt d’urgence (E-Stop)—Notez que le bouton d’arrêt d’urgence a deux contacts normalement fermés qui sont connectés mécaniquement. Cela fait partie de la nature de la redondance des systèmes de sécurité. Un signal pulsé de la borne S11 passe à travers les deux contacts d’arrêt d’urgence avant d’atteindre les bornes S12 et S14. Lorsque l’arrêt d’urgence est enfoncé, les deux contacts sont forcés de s’ouvrir, ce qui coupe le signal vers les bornes S12 et S14.
- Sorties de sécurité—Les bornes 14 et 24 sont le côté entrée de la section des sorties de sécurité du relais de sécurité. Ces deux bornes sont connectées directement à l’alimentation. Lorsque toutes les conditions de sécurité sont remplies, le relais ferme un ensemble de relais à guidage forcé* et redondants. Cela enverra de l’énergie aux bornes 13 et 23, qui alimenteront les deux contacteurs.
- Contacteurs — Les sorties de sécurité fournissent un signal redondant à double canal connecté à deux contacteurs. Ces contacteurs seront ensuite connectés en série pour contrôler un moteur.
- Boucle de retour – La boucle de retour surveille les contacteurs. Dans leur état normal, un contact à guidage forcé*, normalement fermé, informera le relais des défauts dans le contacteur, tels que des contacts soudés ou bloqués. La boucle de retour surveille les contacteurs via leurs contacts auxiliaires normalement fermés. Selon la conception du relais, cela peut être une boucle surveillée statique ou peut inclure des impulsions de test pour la vérification diagnostique. Les deux contacts sont câblés en série et retournés au relais de sécurité sur la borne S21.
- Bouton de réinitialisation—Si le relais de sécurité est déclenché, ce bouton remet le relais en fonctionnement normal une fois que toutes les conditions de sécurité sont remplies. Dans ce cas, le signal passe par la boucle de rétroaction du contacteur.
*Guidage forcé : Ces types de contacts sont conçus pour être mécaniquement connectés et se déplacer ensemble comme une seule unité. Si un contact est bloqué ou soudé, les autres contacts resteront en place.
Quels types de défauts les relais de sécurité peuvent-ils détecter ?
Comment fonctionne un relais de sécurité ?
Un relais de sécurité surveille une fonction ou un dispositif de sécurité spécifique, tel qu’un rideau lumineux. Le relais de sécurité évaluera électroniquement les entrées et contrôlera ses sorties en fonction de ces évaluations.
Terme : OSSD
OSSD signifie Output Signal Switching Device (Dispositif de commutation de signal de sortie). Un circuit électronique envoie une impulsion unique, reconnue comme un signal de sécurité. Les signaux OSSD empêchent le contournement accidentel ou intentionnel des dispositifs de sécurité.
Les sorties OSSD sont généralement deux canaux 24 VDC avec des impulsions de test courtes et décalées vers le bas. Les impulsions déphasées forment un motif codé qui permet au relais de sécurité ou au contrôleur récepteur de détecter les courts-circuits vers 24 V, les courts-circuits vers 0 V et les défauts croisés entre canaux.
Fonctions du relais de sécurité
Au niveau de base, le relais de sécurité a une ou plusieurs des fonctions suivantes :
- Un relais de sécurité exécutera toujours la fonction d’arrêt si un défaut interne est détecté, permettant au système de s’arrêter ou de s’éteindre grâce à sa redondance intégrée et ses capacités d’auto-surveillance. De plus, un redémarrage est inhibé jusqu’à ce que le défaut soit éliminé.
- Le relais de sécurité surveillera les défauts d’entrée, y compris les courts-circuits de conducteurs, les contacts bloqués et les défauts de terre.
- Il peut avoir au moins deux entrées qui reçoivent des signaux d’un OSSD ou de contacts secs, tels que ceux trouvés dans un bouton d’arrêt d’urgence.
- Selon la conception, les relais de sécurité et les dispositifs connectés peuvent utiliser des impulsions de test sur les entrées et sorties pour détecter les défauts de câblage tels que les courts-circuits entre conducteurs ou vers la terre.
- Un relais de sécurité détecte si les entrées à double canal changent d’état simultanément. Ceci afin de détecter les contacts potentiellement défectueux sur un dispositif de sécurité externe. Parfois, un interverrouillage magnétique codé qui se ferme trop lentement peut amener le relais de sécurité à indiquer un défaut parce que les deux canaux ne se ferment pas simultanément.
- Il possède au moins deux sorties de sécurité, et de nombreux relais de sécurité en ont plus de deux. Ces sorties de sécurité utilisent des contacts à guidage positif pour garantir que les jeux de contacts se déplacent comme une seule unité.
- Il permet la surveillance des dispositifs de sortie, tels que les contacteurs. Ceci est connu sous le nom d’EDM (External Device Monitoring – Surveillance de dispositif externe).
- Pour restaurer un relais de sécurité à un état de fonctionnement normal après un défaut, il doit être mis hors tension puis sous tension ou réinitialisé.
- Un relais de sécurité peut avoir un délai intégré ou d’autres fonctions telles que la surveillance de la vitesse ou de la fréquence.
- Il assure l’isolation électrique entre les dispositifs de sécurité et le circuit de contrôle de l’alimentation.
Il est important que le câblage soit correct !
Une considération cruciale est que pour qu’un relais de sécurité fonctionne comme prévu et réduise les risques, il doit être câblé correctement. J’ai vu des interrupteurs de verrouillage câblés aux bornes d’alimentation A1/A2 d’un relais de sécurité, supprimant effectivement l’alimentation du dispositif. Non seulement c’est la mauvaise façon de connecter un relais de sécurité, mais vous n’atteindrez pas le PL/Cat dont le relais est capable. En fait, vous utilisez un relais de sécurité coûteux comme un simple relais de puissance à 10 $.
Une utilisation typique d’un relais de sécurité est d’interconnecter un interrupteur de verrouillage de sécurité monté sur un protecteur avec les contacteurs qui alimentent un moteur.
Le relais de sécurité vérifie et met en marche les contacteurs du moteur lorsque toutes les conditions de sécurité sont remplies.
Relais à usage général
Ce relais de sécurité à usage général peut être utilisé avec nos barrières immatérielles EOS4, nos boutons d’arrêt d’urgence ou nos interrupteurs de verrouillage.
Applications typiques et exemples d’utilisation
Nous trouvons couramment des relais de sécurité dans les environnements industriels, sur des machines telles que les lignes de production, les robots et autres dispositifs qui nécessitent un niveau de sécurité plus élevé et une réduction des risques.
Voici des exemples de dispositifs de sécurité standard que l’on peut connecter aux bornes d’entrée d’un relais de sécurité :
- Rideaux lumineux
- Tapis de sécurité
- Commande par bouton à deux mains
- Interverrouillage de sécurité
- Boutons d’arrêt d’urgence
Du côté sortie d’un relais de sécurité, une connexion standard est faite aux contacteurs, qui, à leur tour, se reconnectent aux entrées du relais de sécurité pour surveiller les contacts électriques des contacteurs. En plus des contacteurs, nous pouvons connecter un second relais de sécurité ou nous connecter à des entrées OSSD spéciales sur des variateurs ou des entraînements.
Exemples de machines et d’équipements qui utilisent des relais de sécurité :
- Ascenseurs
- Grues
- Robots
- Presses d’estampage
- Machines de découpe
- Machines d’impression
- Machines de production
Normes pertinentes
CNESST 1910.211(d)(62) – Système de sécurité désigne l’ensemble du système intégré, y compris les éléments pertinents de la presse, les commandes, la protection et toute protection supplémentaire requise, ainsi que leurs interfaces avec l’opérateur et l’environnement, conçus, construits et disposés pour fonctionner ensemble en tant qu’unité, de sorte qu’une défaillance unique ou une erreur de fonctionnement unique ne cause pas de blessure au personnel en raison des risques liés au point d’opération.
CSA B11.19 & CSA B11.20 – Fiabilité des contrôles
ISO 13849-1 – Principes généraux de conception, fournit les exigences de sécurité et des conseils sur les principes de conception et d’intégration des parties liées à la sécurité des systèmes de commande (matériel ou logiciel).
IEC 62061 — Sécurité des machines : Sécurité fonctionnelle des systèmes de commande électriques, électroniques et électroniques programmables relatifs à la sécurité
IEC 61508 — Sécurité fonctionnelle des systèmes électriques/électroniques/électroniques programmables relatifs à la sécurité
Lectures complémentaires
https://www.ferndalesafety.com/connecting-safety-interlock-switches-in-series/
https://www.ferndalesafety.com/two-hand-control-for-machine-safeguarding/
Sécurité pratique des machines par David Macdonald
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