Les relais de sécurité expliqués : Guide de fonctionnement
octobre 1, 2024 dans Blogue sur la sécurité des machines parTemps de lecture estimé : 9 minutes
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. Nous l’installons toujours dans le cadre d’un circuit de contrôle et de sécurité plus étendu à l’intérieur d’une machine. Il s’agit d’une interface entre les dispositifs de sécurité et les composants de la machine.
Contrairement aux relais ordinaires, nous construisons des relais de sécurité qui répondent à des normes de sécurité strictes, en incorporant des principes de sécurité intégrée qui garantissent la sécurité opérationnelle dans des conditions critiques. Un relais de sécurité permet de vérifier les pertes dans les fonctions de sécurité et de détecter les défaillances internes, y compris les défauts au niveau des entrées et des sorties.
Les relais de sécurité sont essentiels pour protéger les travailleurs contre les machines dangereuses ou pour prévenir les défaillances des systèmes d’automatisation. L’installation d’un relais de sécurité n’est pas obligatoire, mais elle simplifie la conception de tout circuit de sécurité, augmente le niveau de sécurité de la machine et facilite la détection des pannes.
Histoire du relais de sécurité
Le fabricant allemand d’automatismes Pilz a développé le premier bloc logique de sécurité et breveté le premier relais d’arrêt d’urgence de la marque PNOZ en 1987.
Différents fabricants produisent aujourd’hui des relais de sécurité dotés de nombreuses fonctions et caractéristiques différentes. Par exemple, un relais de sécurité bimanuel est un exemple de relais de sécurité à fonction spécifique.
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.
Même si je n’entrerai pas dans 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. Supposons que vous connectiez un composant à faible niveau de performance à un composant à niveau de performance élevé. Dans ce cas, l’ensemble du système sera rétrogradé au niveau de performance le plus bas.
Construction de base d’un relais de sécurité
Selon son type, un relais de sécurité dispose de plusieurs entrées et sorties de sécurité. Ce sont des bornes où vous pouvez connecter vos fils ou vos câbles.
Si nous commençons par l’entrée, nous connecterons une sorte de dispositif de sécurité au relais de sécurité. Un interrupteur de verrouillage de sécurité, un bouton d’arrêt d’urgence ou même un rideau lumineux sont des exemples de dispositifs qui se connectent à l’entrée d’un relais de sécurité. Vous pouvez même connecter les sorties d’un relais de sécurité aux entrées d’un autre relais de sécurité. (Il s’agit d’une façon de « chaîner » les modules de relais de sécurité).
Un aspect important des entrées de sécurité de nombreux relais de sécurité est qu’ils sont dotés de fonctions de redondance à deux canaux.
Double canal et redondance
La redondance des signaux garantit qu’un défaut unique sur une ligne n’entraînera pas la perte de la fonction de sécurité. Nous y reviendrons plus en détail ultérieurement, mais il est important de câbler correctement le relais de sécurité pour maintenir cette redondance avec les dispositifs. Vous aurez toujours deux fils pour chaque entrée de sécurité sur un relais de sécurité.
Ce n’est pas le cas pour tous les circuits de sécurité. En fonction de l’évaluation des risques, un dispositif à une voie peut également être connecté à un relais de sécurité spécifique qui accepte les entrées à une voie. Toutefois, un relais de sécurité à canal unique ne serait pas en mesure de détecter tous les défauts qu’un relais de sécurité à deux canaux pourrait 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.
En général, 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 de l’armoire électrique d’une machine. Le relais de sécurité doit également être doté de deux voyants lumineux sur sa face pour indiquer l’état de sa sortie. Parfois, vous pouvez diagnostiquer un défaut en voyant quel voyant ou quel canal d’une entrée de sécurité ne se réinitialise pas.
Enfin, le « cerveau » ou les composants internes du relais de sécurité sont un microcontrôleur ou un autre circuit spécifique à la fonction. Il vérifie et contrôle en permanence les fonctions de sécurité et lui-même. Par conséquent, le relais de sécurité possède des circuits redondants avec un autocontrôle intégré. En cas de défaillance d’un composant à l’intérieur du relais de sécurité, celui-ci reste opérationnel.
Exemple de schéma de câblage d’un relais de sécurité
Voici un exemple très simple de schéma de câblage d’un relais de sécurité typique. Notez que le câblage du relais de sécurité varie considérablement. Veillez donc à lire attentivement le manuel d’instructions de votre relais de sécurité.
Il y a plusieurs choses essentielles à noter à propos du schéma électrique ci-dessus.
- Alimentation–Lerelais de sécurité et les contacteurs sont alimentés par une alimentation 24VDC connectée directement aux bornes A1 et A2.
- Le bouton d’arrêt d’urgence (E-Stop) – Notezque le bouton d’arrêt d’urgence possède deux contacts normalement fermés qui sont connectés mécaniquement. Cela fait partie de la nature redondante des systèmes de sécurité. Une sortie pulsée de la borne S11 est connectée aux deux contacts d’arrêt d’urgence. Lorsque le bouton d’arrêt d’urgence est enfoncé, les deux contacts sont forcés de s’ouvrir et un signal redondant est envoyé aux bornes S12 et S14.
- Sorties de sécurité-Les bornes14 et 24 sont le côté entrée de la section des sorties de sécurité du relais de sécurité. Elles sont directement connectées à l’alimentation électrique. Lorsque toutes les conditions de sécurité sont remplies, le relais ferme un ensemble de relais redondants guidés par la force. Les bornes 13 et 14 sont alors alimentées qui alimente les deux contacteurs.
- Contacteurs– Lessorties de sécurité fournissent un signal redondant à deux canaux qui est connecté à deux contacteurs. Ces contacteurs seront ensuite connectés en série pour commander un moteur.
- Boucle de rétroaction – La boucle de rétroaction contrôle les contacteurs. Dans leur état normal, un contact normalement fermé, guidé par la force, informe le relais des défauts du contacteur, tels que des contacts soudés ou coincés. L’entrée de ces contacts provient du relais de sécurité sous la forme d’un signal pulsé. Les deux contacts sont câblés en série et renvoyés au relais de sécurité sur la borne S21.
- Boutonde réinitialisation – Sile relais de sécurité est déclenché, ce bouton réinitialise 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 retour des contacteurs.
Quels types de défauts les relais de sécurité peuvent-ils détecter ?
Comment fonctionne un relais de sécurité ?
Un relais de sécurité surveille une fonction de sécurité spécifique ou un dispositif de sécurité, tel qu’un rideau lumineux. Le relais de sécurité évalue électroniquement les entrées et contrôle ses sorties en fonction de ces évaluations.
Terme : OSSD
OSSD signifie Output Signal Switching Device (dispositif de commutation du signal de sortie). Un circuit électronique envoie une certaine impulsion, reconnue comme un signal de sécurité. Les signaux OSSD empêchent le contournement accidentel ou intentionnel des dispositifs de sécurité. Le signal OSSD n’est pas un courant continu de 24VDC mais plutôt un signal codé transmis sur une paire de fils déphasés l’un par rapport à l’autre.
Fonctions du relais de sécurité
Au niveau de base, le relais de sécurité a une ou plusieurs des fonctions suivantes :
- Un relais de sécurité fonctionnera toujours si une défaillance interne est détectée, permettant au système de s’arrêter ou de se fermer grâce à la redondance et à l’autosurveillance intégrées.
- Le relais de sécurité surveille les défauts d’entrée tels que les courts-circuits entre conducteurs, les contacts bloqués et les courts-circuits à la terre.
- Il possède au moins deux entrées qui reçoivent des signaux d’un OSSD ou de contacts secs, tels que ceux d’un bouton d’arrêt d’urgence.
- Un relais de sécurité envoie des impulsions de test le long de ses entrées/sorties pour détecter les défauts, tels que les courts-circuits, au niveau de la source d’alimentation.
- Un relais de sécurité détecte si les entrées à deux canaux changent d’état simultanément. Cela permet de détecter des contacts potentiellement défaillants sur un dispositif de sécurité externe. Parfois, un verrouillage magnétique codé fermé trop lentement fera croire au relais de sécurité qu’il y a 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 possèdent plus de deux. Ces sorties de sécurité utilisent des contacts à guidage positif pour s’assurer que les ensembles de contacts se déplacent comme une seule unité.
- Il permet de contrôler les dispositifs de sortie tels que les contacteurs. C’est ce qu’on appelle la surveillance des dispositifs externes (EDM).
- Un relais de sécurité doit être mis sous tension ou réinitialisé après un défaut pour revenir à un état de fonctionnement normal.
- Un relais de sécurité peut être doté d’une temporisation intégrée 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 !
Pour qu’un relais de sécurité fonctionne comme prévu et réduise les risques, il faut le câbler correctement. J’ai vu des interrupteurs de verrouillage câblés sur les bornes d’entrée d’alimentation A1/A2 d’un relais de sécurité, ce qui a pour effet de supprimer et de désactiver l’alimentation. Il s’agit non seulement d’une mauvaise façon de connecter un relais de sécurité, mais le relais de sécurité est également contourné et devient inutile dans le circuit.
Une utilisation typique d’un relais de sécurité est l’interconnexion entre un interrupteur de verrouillage de sécurité monté sur un protecteur et les contacteurs qui alimentent un moteur.
Le relais de sécurité vérifie et active les contacteurs du moteur lorsque toutes les conditions de sécurité sont réunies.
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
Les relais de sécurité sont généralement utilisés dans les environnements industriels sur des machines telles que les lignes de production, les robots et d’autres machines et dispositifs pour lesquels un niveau de sécurité accru et une réduction des risques sont nécessaires.
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 de la sortie d’un relais de sécurité, la connexion standard est constituée de contacteurs qui, à leur tour, se connectent aux entrées du relais de sécurité pour contrôler les contacts électriques du contacteur. Outre les contacteurs, il est possible de raccorder undeuxième relais ou des entrées OSSD spéciales pour les variateurs de vitesse.
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
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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Image du héros : « Tuyaux industriels » par André Robillard/ CC0 1.0
