Améliorer la sécurité et renforcer la disponibilité dans les usines de l'Industrie 4.0

Lorsque vous concevez des lignes de production pour l'Industrie 4.0, la sécurité est primordiale. Par exemple, les sous-systèmes comme les moteurs et les systèmes d'entraînement doivent souvent respecter le niveau d'intégrité de sécurité (SIL) 2 de la Commission électrotechnique internationale CEI 62061 et le niveau de performance (PL) c de l'Organisation internationale de normalisation ISO 13849-1. Pour répondre à ces exigences, vous pouvez généralement utiliser des contacteurs pour connecter et déconnecter les moteurs en toute sécurité. Pour les petits moteurs de moins de 55 kilowatts (kW), des contacteurs standard peuvent fournir une approche simple et rentable.

Comme nombre d'entre nous avons pu le découvrir, le respect des normes de sécurité CEI et ISO pour les moteurs à des niveaux de puissance supérieurs est plus complexe et onéreux, car il faut des dispositifs de couplage entre le moteur et les contacteurs standard. La bonne nouvelle, c'est qu'il existe des contacteurs améliorés avec sécurité intégrée, à connecter directement aux moteurs de 55 à 250 kW, ce qui permet de réduire le coût du système et le nombre de composants tout en améliorant la fiabilité.

Passons en revue une architecture simplifiée avec contacteurs à sécurité intégrée pour les moteurs de 55 à 250 kW, en utilisant comme exemples des contacteurs de sécurité innovants de Siemens. Nous terminerons en abordant les défis liés à l'application des normes de la VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) pour quantifier les performances des contacteurs de sécurité.

Simplification grâce aux contacteurs de sécurité

Les contacteurs pour les niveaux de puissance jusqu'à environ 55 kW peuvent être connectés directement aux sorties des contrôleurs à sécurité intégrée et des relais de sécurité pour répondre aux exigences des applications de sécurité. Les sorties de ces contrôleurs à sécurité intégrée et relais de sécurité sont généralement limitées à 5 ampères (A) maximum à 24 volts CC (VCC). Étant donné que leur puissance n'est pas suffisante pour commander des contacteurs haute puissance, un dispositif de couplage est nécessaire entre le contrôleur ou le relais de sécurité et un contacteur standard afin d'augmenter la puissance d'entraînement. Ces dispositifs de couplage entraînent une augmentation des coûts, de la complexité et de l'espace nécessaire.

Pour remédier à ce problème, Siemens a développé une approche innovante qui utilise des contacteurs avec une entrée de commande à sécurité intégrée en plus de la bobine d'entraînement standard. L'entrée de commande à sécurité intégrée est conçue pour fonctionner avec un courant d'actionnement d'environ 5 milliampères (mA) à 24 VCC, contre les 5 A ou plus nécessaires pour les contacteurs traditionnels. Cela signifie que vous pouvez commander les contacteurs directement depuis des relais de sécurité et des contrôleurs à sécurité intégrée.

Même si le contacteur à sécurité intégrée est commandé par l'entrée de commande à sécurité intégrée, la bobine du contacteur est connectée en permanence à la tension d'alimentation afin de garantir un fonctionnement fiable (Figure 1).

Figure 1 : Les contacteurs traditionnels (à gauche) nécessitent des dispositifs de couplage (les deux boîtes bleues en haut à droite) qui ne sont pas nécessaires dans le cas des contacteurs à sécurité intégrée (à droite). (Source de l'image : Siemens)

Fonctionnement à sécurité intégrée

Siemens propose une gamme d'options de commande modulaires Sirius, notamment des contacteurs avec fonctionnement CA/CC traditionnel et commande à sécurité intégrée. Le mécanisme de fonctionnement à sécurité intégrée peut être équipé en option d'un signal de durée de vie restante (RLT) qui indique l'état d'usure des contacts. Cela permet une maintenance préventive, améliorant ainsi davantage la fiabilité et la disponibilité du système. Le circuit RLT enregistre les informations sur l'usure des contacts pour chacun des trois contacts principaux. L'usure des contacts est indiquée par des LED, et une sortie de relais supplémentaire est générée lorsque la durée de vie restante du contact le plus usé chute à 20 %.

Étant donné qu'ils peuvent être connectés à la sortie d'un contrôleur à sécurité intégrée, ces contacteurs sont appelés contacteurs F-PLC-IN. Par ailleurs, ils sont physiquement identifiables par la borne ou le cache-bobine jaune de l'entrée de commande à sécurité intégrée (Figure 2).

Figure 2 : Les contacteurs F-PLC-IN comme le 3RT2037-1SF30 (à gauche) et le 3RT1056-6SF36 (à droite) sont identifiables visuellement par la borne ou le cache-bobine jaune. (Source de l'image : Siemens)

La sécurité dans les règles de l'art

La norme VDMA 66413 identifie quatre types de dispositifs utilisables pour les évaluations de sécurité :

• Les dispositifs de type 1 sont développés pour une utilisation dans des fonctions de sécurité comme les relais de sécurité et les automates programmables (PLC) à sécurité intégrée, et répondent à des exigences SIL et PL spécifiques.
• Les dispositifs de type 2 ne sont pas nécessairement développés pour répondre à des exigences de sécurité spécifiques, et des données d'application sont requises pour évaluer le fonctionnement sûr.
• Les dispositifs de type 3 incluent les composants sujets à l'usure, comme les contacteurs électromécaniques. Ils ne sont pas nécessairement développés pour répondre à des exigences de sécurité spécifiques et peuvent exiger une évaluation de sécurité approfondie.
• Les dispositifs de type 4 sont développés pour une utilisation dans des fonctions de sécurité et ne connaissent aucune défaillance aléatoire.

Les contacteurs Sirius F-PLC-IN sont équipés de composants électroniques intégrés et ne sont pas purement électromécaniques. Ils n'entrent donc pas dans la catégorie des dispositifs de type 3. Il s'agit plutôt de dispositifs de type 1, qui répondent à des exigences SIL et PL spécifiques, et qui s'accompagnent de spécifications complètes liées à la sécurité. Cela facilite la tâche du calcul de l'intégrité de sécurité par rapport aux contacteurs standard (Tableau 1).

Tableau 1 : Les contacteurs Sirius F-PLC-IN sont des dispositifs VDMA de type 1 et sont fournis avec des données détaillées concernant la sécurité. (Source de l'image : Siemens)

Conclusion

Les contacteurs jouent un rôle important dans les systèmes d'automatisation de l'Industrie 4.0 où les concepteurs doivent respecter les exigences de sécurité et de fiabilité CEI 62021 SIL 2 et ISO 13849-1 PL c tout en essayant de réduire les coûts. Comme illustré, les contacteurs Sirius F-PLC-IN innovants de Siemens vous aident à respecter ces exigences avec moins de composants et une complexité réduite.

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