Améliorer la sécurité fonctionnelle avec des modules de relais

La sécurité fonctionnelle est cruciale pour les systèmes industriels actuels, car elle garantit le fonctionnement sécurisé des machines et des processus même en cas d'erreurs ou de dysfonctionnements. Les modules de relais jouent un rôle clé dans la garantie de la sécurité fonctionnelle en offrant un mécanisme fiable de régulation des circuits électriques. Cet article, consacré à la gamme de produits SAFESERIES de Weidmüller, étudie l'importance des modules de relais dans le contexte de la sécurité fonctionnelle, souligne leurs caractéristiques essentielles et fournit des consignes pour une sélection et une utilisation optimales.

Satisfaire aux exigences de sécurité fonctionnelle

Les relais électromécaniques sont fréquemment utilisés pour contrôler des circuits électriques haute puissance avec des signaux basse puissance. Ils fonctionnent comme des commutateurs, permettant ou empêchant le passage du courant en fonction de l'état d'un signal d'entrée. Les modules de relais sont utilisés dans les applications de sécurité fonctionnelle pour garantir que les fonctions de sécurité critiques sont exécutées de manière fiable et que les dangers potentiels sont minimisés. Voici quelques-uns des aspects les plus importants des modules de relais en matière de sécurité fonctionnelle :

• Redondance : la redondance est l'un des principes fondamentaux de la sécurité fonctionnelle, exigeant que plusieurs composants indépendants exécutent la même fonction de sécurité critique. Les modules de relais sont fréquemment configurés de manière redondante afin de garantir qu'un système peut continuer à fonctionner en toute sécurité même en cas de défaillance d'un relais.
• Conception à sécurité intégrée : les modules de relais sont typiquement conçus pour dysfonctionner dans un état sûr ; si un relais présente une défaillance ou perd son alimentation, il passera par défaut à un état qui garantit la sécurité du système. Par exemple, la défaillance d'un relais dans un circuit régulant l'arrêt d'urgence d'une machine doit entraîner un arrêt immédiat.
• Diagnostic et surveillance : intégrées aux modules de relais avancés, ces capacités permettent au système de détecter les défauts ou les dysfonctionnements dans le relais et de déclencher les réponses appropriées, telles que des alarmes de défaut ou la transition vers un relais redondant.
• Fiabilité et robustesse : les modules de relais sont réputés pour leur durabilité et leur fiabilité. Ils peuvent résister à des conditions environnementales extrêmes, à des fluctuations de température et à des contraintes mécaniques, ce qui permet de les utiliser dans des environnements industriels exigeants.
• Faible latence : dans les applications critiques en matière de sécurité, le temps de réponse est de la plus haute importance. Dans les applications où des temps de réponse rapides sont requis pour garantir la sécurité du personnel et des équipements, les modules de relais sont privilégiés.

Lors de la mise en œuvre de modules de relais dans des applications de sécurité fonctionnelle, plusieurs considérations doivent être prises en compte, à commencer par la conformité aux normes. Cela garantit que les modules de relais utilisés dans les applications de sécurité fonctionnelle sont conformes aux normes et certifications de sécurité en vigueur.

Le Comité européen de normalisation électrotechnique (CENELEC) a développé la série EN 61810, qui cible les relais électromécaniques élémentaires. La série comprend plusieurs normes, chacune adaptée à des variétés et applications de relais spécifiques. L'EN 61810-3 est l'une de ces normes, et sa variante Type A revêt une importance particulière.

Relais de sécurité

La norme EN 61810-3 Type A s'applique aux relais élémentaires qui intègrent des techniques de conception et de construction spécifiques pour garantir que les contacts normalement ouverts (NO) ne peuvent pas prendre la même position que les contacts normalement fermés (NC). Ces relais, spécialement construits avec des contacts à guidage forcé pour se conformer à la norme, offrent la capacité de pouvoir être utilisés dans des systèmes de contrôle liés à la sécurité à auto-surveillance.

Les contacts à guidage forcé sont liés mécaniquement pour garantir que les contacts d'ouverture NC et les contacts de fermeture NO ne se ferment jamais simultanément en présence, par exemple, d'une micro-soudure des contacts causée par une formation d'arc.

Un exemple pratique de ce mécanisme de sécurité est illustré à la Figure 1, montrant un module de relais de sécurité de Weidmüller avec 3 contacts NO et 1 contact NC. Comme on peut le voir sur l'image, tous les pôles sont mécaniquement connectés via une barre, empêchant tout mouvement indépendant.

Si le contact NC est soudé, aucun des contacts NO ne peut se fermer pendant l'excitation du relais. De même, si l'un des contacts NO est soudé, lors de la désexcitation du relais, le contact NC ne peut pas se fermer. En combinaison avec un circuit spécial, les dysfonctionnements au niveau de l'ouverture sont détectés. C'est le moyen le plus fiable de garantir une sécurité maximale pour l'homme et la machine.

Figure 1 : Schéma d'un module de relais de sécurité de Weidmüller. (Source : Weidmüller)

Les relais de sécurité permettent l'implémentation fiable de fonctions de sécurité sur les machines et les systèmes pour surveiller les signaux des boutons d'arrêt d'urgence, les barrières immatérielles, les interrupteurs de portes de sécurité, etc. Une réponse rapide est nécessaire en cas d'urgence dans une usine. Le protocole ETS (Energized To Safe) doit être utilisé pour activer les sirènes, les voyants d'avertissement ou les systèmes de refroidissement, tandis que la procédure DTS (De-energized To Safe) doit être suivie pour arrêter les moteurs ou les vannes d'arrêt d'urgence. L'activation et la désactivation conformes aux normes CEI 62061 et SIL 3 des applications liées à la sécurité sont garanties à l'aide de relais à contacts redondants.

Après une utilisation répétée, les contacts métalliques d'un relais de commutation non conforme aux normes de sécurité peuvent se souder. Même si l'opérateur appuie sur le bouton d'arrêt d'urgence, la machine continue à fonctionner dans un mode non sécurisé. Il y a un risque pour l'opérateur et pour la machine. Les relais qui ne sont pas certifiés comme étant sûrs ne peuvent pas être utilisés sur des machines ou des installations potentiellement dangereuses, comme exigé par les réglementations de sécurité nationales et internationales.

En raison de leur sécurité et de leur fiabilité accrues, les relais à contacts à commande positive gagnent en popularité. Les modules de relais à contacts à commande positive utilisent des circuits et des mécanismes redondants comme technologie principale. Ces fonctionnalités redondantes sont conçues pour garantir que le relais reste dans un état sécurisé même en cas de défaillance du circuit de commande ou du relais lui-même. Cette redondance est essentielle pour les applications dans lesquelles la sécurité et la fiabilité sont importantes.

Grâce à leurs caractéristiques de fiabilité et de sécurité, ces modules de relais sont adaptés à une variété d'applications, notamment :

• Automatisation industrielle
• Dispositifs médicaux
• Production et distribution d'électricité
• Télécommunications
• Transports

Dans ces types de relais, avec les contacts principaux et auxiliaires connectés mécaniquement, la position des contacts auxiliaires peut être utilisée pour déterminer la position des contacts principaux dans le circuit de puissance. Il est donc possible de déterminer si le contacteur est resté fermé (en raison des contacts soudés) malgré la désexcitation de sa bobine. Si un contact de pôle de puissance est soudé, la connexion mécanique empêche le contact auxiliaire ouvert de se fermer lorsque la bobine est désexcitée.

Modules de relais SAFESERIES de Weidmüller

Dans le domaine de l'électrotechnique, la sécurité et la fiabilité sont de la plus haute importance. Cette implication en matière de précision et de fiabilité a abouti à la création de composants avancés tels que les modules de relais enfichables de Weidmüller, dotés de contacts à commande positive. Ces modules de relais innovants représentent une avancée technologique significative, offrant une sécurité, une efficacité et une flexibilité améliorées dans une large gamme d'applications.

Au cœur de ces modules de relais se trouve une technologie qui garantit que les contacts sont commandés positivement, ce qui signifie qu'ils passent de l'état ouvert à l'état fermé de manière contrôlée et fiable. Ce mécanisme exclut la possibilité d'un fonctionnement inattendu des contacts, quelles que soient les défaillances du relais ou du circuit de commande. Par conséquent, le relais résultant donne la priorité à la sécurité sans sacrifier les performances.

L'extension de contact SAFESERIES de Weidmüller est conforme à la norme EN 61810-3 Type A, et se compose de relais avec des contacts à guidage forcé. C'est pourquoi ils sont particulièrement adaptés à la surveillance des signaux dans les applications liées à la sécurité des personnes et des machines.

La gamme SAFESERIES est composée de quatre types de relais enfichables distincts avec les douilles à vis correspondantes dans les versions de contact suivantes :

• 2 NO + 2 NC
• 3 NO + 1 NC
• 4 NO + 2 NC
• 3 NO + 3 NC

Il est possible d'atteindre le niveau de performances le plus élevé de PL 'e' pour une application si celle-ci a été conçue conformément à la norme EN/ISO 13849-1. Le composant fondamental peut également être utilisé pour des applications de sécurité conformément à la norme CEI/EN 62061, permettant d'atteindre les niveaux d'intégrité de sécurité SIL 3.

La Figure 2 montre le module de relais de sécurité 2759070000 de Weidmüller, dans un assemblage adapté aux applications à rail DIN. Il s'agit d'un relais à usage général à 4 positions, avec 3 contacts NO et 1 contact NC avec une bobine de 24 V_CC ±10 %. Le dispositif peut être excité par l'application d'un courant continu nominal de bobine de 20 mA avec une tension de commutation nominale de 250 V_CA et des contacts plaqués or AgSnO répertoriés pour un courant continu de 6 A. Côté charge, la tension de commutation maximum est de 400 V_CA et 250 V_CC. Comme le montre le schéma de la Figure 1, le relais intègre un indicateur d'état (LED verte) et une diode de roue libre pour la protection. Le délai d'activation et de désactivation est inférieur à 20 ms et la durée de vie du dispositif est de 10 x 10⁶ cycles de commutation.

Figure 2 : Module de relais 2759070000 SAFESERIES de Weidmüller. (Source : DigiKey)

Autre produit de la gamme SAFESERIES, le relais industriel miniature 2759030000 est illustré à la Figure 3. Doté de 3 contacts NO et de 1 contact NC, ce relais à contacts à guidage forcé convient aux applications à usage général et présente un montage traversant.

Figure 3 : Module de relais 2759030000 SAFESERIES de Weidmüller. (Source : DigiKey)

Conclusion

Les modules de relais sont des composants indispensables dans les systèmes de sécurité fonctionnelle, car ils garantissent un contrôle fiable et remplissent des tâches essentielles. En raison de leur robustesse, de leur conception à sécurité intégrée et de leur compatibilité avec la redondance, ils sont fréquemment sélectionnés pour les applications exigeant un niveau de sécurité maximal. Les modules de relais contribuent considérablement à la sécurité et à la fiabilité globales des systèmes industriels et automobiles lorsqu'ils sont utilisés de manière appropriée et conformément aux normes en vigueur. Les modules de relais continuent d'évoluer et de croître en parallèle avec les avancées technologiques, ajoutant des fonctionnalités de plus en plus complexes pour répondre aux exigences toujours croissantes de sécurité fonctionnelle.