Dans le paysage industriel moderne, où l'automatisation et la complexité des systèmes électriques sont en constante augmentation, la sécurité des opérateurs et la fiabilité des équipements sont des préoccupations primordiales. Les incidents du travail peuvent avoir des conséquences désastreuses, allant des blessures graves aux décès, sans parler des coûts financiers importants liés aux arrêts de production, aux dommages matériels et aux contentieux. Pour faire face à ces défis, les relais de sécurité industriels se présentent comme des composants essentiels, jouant un rôle capital dans la protection des personnes et des machines.
Nous examinerons de près comment ces dispositifs contribuent à la création d'environnements de travail plus sûrs et à l'amélioration de la performance globale des installations électriques industrielles. L'objectif est d'outiller les ingénieurs, les techniciens et les responsables de la sécurité avec les connaissances nécessaires pour comprendre et implémenter efficacement les relais de sécurité dans leurs opérations. Contactez-nous pour en savoir plus sur nos solutions de sécurité.
Fonctionnement et caractéristiques des relais de sécurité
Pour saisir pleinement l'importance des relais de sécurité, il est essentiel de comprendre leur fonctionnement interne et leurs propriétés techniques distinctives. Ces dispositifs ne sont pas de simples relais classiques ; ils intègrent des particularités spécifiques conçues pour assurer un niveau de sécurité élevé. Leur conception repose sur des principes de redondance, d'autocontrôle et de surveillance continue, ce qui les rend capables de détecter les anomalies et de réagir de manière appropriée pour limiter les risques.
Principes de base
Un relais de sécurité typique est constitué de bobines, de contacts et de circuits de surveillance. La bobine est alimentée par un signal d'entrée, qui peut provenir d'un bouton d'arrêt d'urgence, d'une barrière immatérielle ou d'un autre dispositif de protection. Lorsque la bobine est activée, elle actionne les contacts, qui peuvent être normalement ouverts (NO) ou normalement fermés (NF). L'élément clé d'un relais de sécurité est son circuit d'autocontrôle, qui surveille en permanence le comportement du relais et détecte les éventuels défauts, comme un contact soudé ou une bobine défectueuse. Les contacts guidés, liés mécaniquement, garantissent qu'en cas d'incident, un contact ne puisse pas rester dans une position dangereuse.
- Autocontrôle : Le circuit d'autocontrôle vérifie en permanence le bon état de fonctionnement du relais.
- Redondance : L'utilisation de plusieurs circuits indépendants améliore la fiabilité.
- Contacts guidés : Les contacts sont liés mécaniquement pour éviter les situations dangereuses en cas de défaillance.
Caractéristiques techniques clés
Plusieurs caractéristiques techniques sont cruciales lors du choix d'un relais de sécurité. La tension d'alimentation et le courant de commutation doivent être compatibles avec le système électrique dans lequel le relais sera intégré. Le temps de réponse, c'est-à-dire le temps nécessaire au relais pour réagir à un signal d'entrée, est un facteur important à prendre en compte, car il peut affecter la performance globale de la chaîne de sécurité. Les normes de sécurité, telles que la catégorie de sécurité (EN ISO 13849-1) et le Niveau de Performance (PL), ainsi que le Niveau d'Intégrité de Sécurité (SIL) (IEC 61508 / IEC 62061), définissent les exigences de fiabilité et de protection que le relais doit respecter.
| Caractéristique Technique | Description | Importance |
|---|---|---|
| Tension d'alimentation | Tension requise pour alimenter le relais. | Compatibilité avec le système. |
| Courant de commutation | Courant maximal que le relais peut commuter. | Protection contre les surcharges. |
| Temps de réponse | Temps nécessaire au relais pour réagir. | Performance de la chaîne de sécurité. |
| MTTFd | Mean Time To Dangerous Failure (Temps moyen avant défaillance dangereuse). | Fiabilité du dispositif de sécurité. |
Les valeurs de Niveau de Performance (PL), définies par la norme EN ISO 13849-1 , peuvent varier de 'a' à 'e', où 'e' représente le niveau de performance le plus élevé. Le SIL, quant à lui, un niveau d'intégrité de sécurité conforme aux normes IEC 61508 et IEC 62061 , peut prendre les valeurs 1, 2, 3 ou 4, où SIL 4 correspond au niveau de sécurité le plus rigoureux. Enfin, la Fiabilité (MTTFd) est un indicateur de la durée de vie probable du relais avant qu'une défaillance dangereuse ne survienne.
Types de relais de sécurité
Il existe différents types de relais de sécurité, chacun étant adapté à des applications spécifiques. Les relais de sécurité monoblocs sont simples et économiques, idéaux pour des fonctions de protection de base. Les relais de sécurité modulaires offrent une plus grande flexibilité et extensibilité, ce qui les rend adaptés aux applications complexes. Les relais de sécurité configurables (programmables) offrent une flexibilité maximale, permettant de personnaliser la logique de sécurité et d'obtenir des diagnostics avancés. Enfin, les relais de sécurité spécifiques sont conçus pour des applications particulières, telles que les arrêts d'urgence, les barrières immatérielles ou les contrôles bimanuel.
- Relais monoblocs : Simplicité et économie pour les applications de base de sécurité des machines.
- Relais modulaires : Flexibilité et adaptabilité pour les installations complexes de sécurité fonctionnelle.
- Relais configurables : Personnalisation et diagnostic avancé pour l'automatisation et la sécurité.
Applications concrètes dans l'industrie
Les relais de sécurité trouvent leur utilité dans un large éventail d'applications industrielles, où ils contribuent à la protection des opérateurs et des équipements. Ils sont des éléments essentiels de la chaîne de sécurité, et leur bon fonctionnement est une nécessité. Leurs applications sont diverses, allant de la protection des machines à la surveillance des procédés, en passant par le contrôle d'accès.
Arrêts d'urgence
Les circuits d'arrêt d'urgence sont l'une des applications les plus courantes des relais de sécurité. Un bouton d'arrêt d'urgence, lorsqu'il est activé, coupe immédiatement l'alimentation de la machine ou du système, stoppant ainsi tout mouvement dangereux. Le relais de sécurité surveille en permanence l'état du bouton d'arrêt d'urgence et s'assure qu'il fonctionne correctement. Un exemple simple serait une presse industrielle, où un bouton d'arrêt d'urgence permet à l'opérateur de stopper la machine en cas de problème.
Barrières immatérielles et scanners laser de sécurité
Les barrières immatérielles et les scanners laser de sécurité sont utilisés pour protéger les zones dangereuses des machines. Lorsqu'un opérateur franchit la barrière ou pénètre dans la zone de protection, le relais de sécurité coupe immédiatement l'alimentation de la machine. Ce système est typiquement utilisé dans les chaînes d'assemblage automatisées où les robots travaillent à proximité des opérateurs. Téléchargez notre guide sur les barrières immatérielles et scanners laser de sécurité.
Contrôle bimanuel
Les systèmes de contrôle bimanuel exigent que l'opérateur utilise ses deux mains pour activer une machine. Ceci permet de s'assurer que les mains de l'opérateur sont hors de la zone dangereuse pendant le fonctionnement de la machine. Les relais de sécurité spécifiques pour contrôle bimanuel sont conçus pour surveiller la synchronisation des deux commandes et empêcher le démarrage de la machine si les deux boutons ne sont pas actionnés simultanément.
Portes et capots de protection
Les portes et les capots de protection sont utilisés pour empêcher l'accès aux zones dangereuses des machines. Les capteurs de sécurité, souvent des verrouillages avec solénoïde, sont utilisés en combinaison avec un relais de sécurité pour s'assurer que la machine ne peut pas démarrer tant que la porte ou le capot n'est pas correctement fermé. Ces systèmes sont courants dans les machines-outils et les équipements de production.
| Application | Description | Avantages |
|---|---|---|
| Arrêts d'urgence | Coupure immédiate de l'alimentation en cas d'urgence. | Protection des opérateurs et des équipements. |
| Barrières immatérielles | Protection des zones dangereuses. | Prévention des accidents et respect des normes de sécurité électrique. |
| Contrôle bimanuel | Activation de la machine avec les deux mains. | Assurer la protection des mains de l'opérateur pendant l'utilisation. |
| Portes et capots | Empêcher l'accès aux zones dangereuses. | Sécurité lors de la maintenance et de l'utilisation quotidienne des machines. |
Surveillance de la vitesse et de l'arrêt
Dans certaines applications, il est essentiel de surveiller la vitesse des moteurs ou de s'assurer qu'une machine s'arrête complètement avant d'autoriser l'accès. Les relais de sécurité sont utilisés pour surveiller la vitesse des moteurs et couper l'alimentation si la vitesse dépasse une limite de sécurité. Ils peuvent également être utilisés pour vérifier l'arrêt complet d'une machine avant d'autoriser l'ouverture d'une porte de protection. Les applications typiques incluent les convoyeurs et les robots industriels, contribuant ainsi à la sécurité fonctionnelle de ces équipements.
Applications spécifiques par industrie
Chaque secteur industriel a ses propres besoins en matière de sécurité. Dans l'industrie agroalimentaire, les relais de sécurité sont utilisés pour protéger les machines d'emballage et de découpe, tout en respectant les normes d'hygiène strictes. Dans l'industrie chimique, ils surveillent les procédés et les équipements pour prévenir les accidents. Dans l'industrie automobile, ils protègent les robots industriels et les presses contre les dysfonctionnements. Enfin, dans le secteur des énergies renouvelables, ils surveillent la tension et le courant des éoliennes et des panneaux solaires.
- Agroalimentaire: Sécurité des machines et respect des normes d'hygiène.
- Chimie: Surveillance des procédés et prévention des accidents.
- Automobile: Protection des robots et des presses industrielles.
- Énergies renouvelables: Surveillance des tensions et des courants.
Normes et réglementations
L'emploi des relais de sécurité est encadré par un ensemble de règles et de normes visant à assurer un niveau élevé de protection. Ces directives définissent les exigences de conception, de fabrication et d'utilisation des relais de sécurité, ainsi que les processus de validation et de certification. Le respect de ces règles est impératif pour garantir la conformité des dispositifs de sécurité et la sûreté des opérateurs.
Normes internationales
Plusieurs normes internationales sont pertinentes pour les relais de sécurité industriels. La norme EN ISO 13849-1 établit les principes de conception des systèmes de protection liés aux machines, incluant les relais de sécurité. Elle spécifie les exigences relatives à la catégorie de sûreté et au Niveau de Performance (PL) des systèmes de sécurité. La norme IEC 61508 définit les exigences globales pour les systèmes de sûreté électriques, électroniques et programmables, tandis que la norme IEC 62061 constitue une application de la norme IEC 61508 pour les machines. La norme EN 60204-1 , quant à elle, traite de la sécurité électrique des machines.
Normes spécifiques à l'industrie
Outre les normes internationales, certaines industries ont des règles spécifiques qui s'appliquent aux relais de sûreté. Par exemple, le secteur ferroviaire possède ses propres règles de protection pour les systèmes de signalisation et de contrôle, tandis que l'industrie aéronautique a des exigences rigoureuses en matière de fiabilité et de sûreté pour les équipements embarqués.
Conformité et certification
La conformité aux normes et règles est essentielle pour assurer la sûreté des installations électriques industrielles. Les relais de sécurité doivent être conformes aux exigences applicables et être certifiés par des organismes indépendants. Le marquage CE est une indication de la conformité aux directives européennes en matière de sûreté. La certification par des organisations telles que TÜV Rheinland ou UL assure que le relais de sûreté a été testé et évalué conformément aux normes applicables.
- EN ISO 13849-1 : Conception des systèmes de protection liés aux machines.
- IEC 61508 : Exigences générales pour les systèmes de protection.
- IEC 62061 : Application de la norme IEC 61508 pour les machines.
- EN 60204-1 : Sécurité électrique des machines.
Sélection et installation : les bonnes pratiques
Un choix et une mise en place appropriés des relais de sécurité sont essentiels pour garantir leur bon comportement et la sécurité des installations industrielles. Une approche rigoureuse, fondée sur une analyse des risques approfondie et le respect des meilleures pratiques, est nécessaire pour assurer la protection des opérateurs et des équipements. Il est important de noter que, malgré leurs avantages, les relais de sécurité peuvent présenter certains inconvénients. Parmi ceux-ci, on peut citer leur coût initial, qui peut être plus élevé que celui des relais standard, ainsi que la complexité de leur mise en œuvre et de leur maintenance, qui nécessite une expertise spécifique. Cependant, ces inconvénients sont largement compensés par les bénéfices en termes de sécurité et de réduction des risques.
Analyse des risques
La première étape consiste à réaliser une évaluation des dangers afin de répertorier les périls potentiels et de déterminer le niveau de sécurité requis. L'évaluation des dangers permet de définir les fonctions de protection qui doivent être mises en œuvre et les performances attendues pour ces fonctions. Des méthodes d'examen des dangers telles que HAZOP (Hazard and Operability Study) et AMDEC (Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leur Criticité) peuvent être utilisées pour identifier les dangers possibles et évaluer leurs conséquences. Dans le cadre de l'analyse des risques, il est crucial de déterminer avec précision les niveaux de Performance (PL) ou d'Intégrité de Sécurité (SIL) requis. Ces niveaux sont déterminés à partir de matrices risque/réduction, qui permettent d'évaluer la gravité des dangers potentiels et la fréquence d'exposition des opérateurs.
Détermination du niveau de performance (PL) ou du niveau d'intégrité de sécurité (SIL) requis
Une fois l'évaluation des dangers terminée, il est nécessaire de fixer le Niveau de Performance (PL) ou le Niveau d'Intégrité de Sécurité (SIL) requis pour chaque fonction de sûreté. Le PL et le SIL sont des mesures de la probabilité de défaillance d'une fonction de sûreté. Le PL est utilisé pour les installations de protection liées aux machines, tandis que le SIL est utilisé pour les systèmes de sécurité électriques, électroniques et programmables. L'utilisation de matrices risque/réduction permet de fixer le niveau approprié en fonction de la sévérité du danger et de la fréquence d'exposition. Voici un exemple simplifié de matrice risque/réduction pour déterminer le PL requis :
| Gravité du danger | Fréquence d'exposition | PL requis |
|---|---|---|
| Légère | Rare | PLr a |
| Grave | Fréquente | PLr e |
| Modérée | Occasionnelle | PLr c |
Note: PLr représente le PL requis.
Sélection du relais de sécurité approprié
Le choix du relais de sécurité approprié doit prendre en considération plusieurs paramètres, notamment les propriétés techniques (tension, courant, temps de réponse), les fonctionnalités attendues (arrêt d'urgence, barrière immatérielle), le coût, la disponibilité et le support technique. Il est important de comparer les différents fournisseurs et modèles pour trouver le relais de sécurité qui correspond le mieux aux besoins de l'application. Le prix moyen d'un relais de sûreté varie de 50 à 500€ selon les caractéristiques.
Installation et câblage
La pose et le câblage des relais de sûreté doivent être effectués conformément aux recommandations du constructeur. Il est important d'utiliser des câbles et des connecteurs adaptés et de vérifier le câblage et les connexions pour s'assurer qu'ils sont corrects et sécurisés. Un mauvais câblage peut compromettre le comportement du relais de protection et causer des situations dangereuses. Le coût d'installation peut varier entre 100 et 1000€, selon la complexité de la mise en place.
Validation et test
Après l'installation, il est essentiel de valider et de tester le bon fonctionnement du relais de protection et de l'ensemble du système de protection. Des essais réguliers et documentés doivent être effectués pour vérifier que le relais de sûreté répond aux exigences de performance et qu'il détecte les défauts et réagit de manière appropriée. Ces essais permettent de maintenir un bon niveau de sûreté.
Maintenance et inspections régulières
Les opérations de maintenance et les contrôles périodiques sont essentiels pour assurer la longévité des relais de sûreté. Il est important de vérifier les contacts, les câblages et les alimentations et de remplacer les relais de sécurité en fonction de leur durée de vie et des recommandations du fabricant. Les coûts de maintenance annuels peuvent représenter 5 à 10 % du coût initial du dispositif.
Les horizons de la sécurité : tendances et innovations
Le secteur des relais de sûreté est en constante mutation, avec des innovations visant à améliorer la performance, la fiabilité et la sûreté des systèmes électriques industriels. L'intégration avec les installations d'automatisation et l'IIoT, la miniaturisation, le développement de relais intelligents et l'utilisation de l'IA et du ML sont autant de tendances qui façonnent l'avenir de la protection industrielle. Malgré ces avancées, il est important de noter que ces nouvelles technologies présentent également des défis et des limites. Par exemple, l'intégration avec l'IIoT soulève des questions de cybersécurité, tandis que l'utilisation de l'IA et du ML nécessite une validation rigoureuse pour garantir la fiabilité des décisions prises par ces systèmes.
- Intégration IIoT et systèmes d'automatisation pour la maintenance prédictive et la surveillance à distance.
- Miniaturisation et réduction de la consommation énergétique pour une intégration plus facile et des coûts d'exploitation réduits.
- Relais de sécurité intelligents et auto-diagnostiques pour une détection rapide des anomalies.
Intégration avec l'IIoT
L'intégration des relais de sûreté avec les installations d'automatisation et l'IIoT permet de contrôler à distance le fonctionnement des relais et de diagnostiquer les anomalies potentielles. La collecte et l'analyse des informations permettent d'améliorer la maintenance prédictive et d'optimiser la protection. Toutefois, il est impératif de prendre en compte la cybersécurité des relais de sûreté connectés pour se prémunir contre les intrusions malveillantes.
Miniaturisation
La miniaturisation des relais de sûreté permet de réduire leur taille et leur poids, ce qui facilite leur intégration dans les installations existantes. La réduction de la consommation d'énergie permet également de minimiser les coûts d'exploitation et de réduire l'impact environnemental.
Relais de sécurité intelligents
Le développement de relais de sûreté intelligents et auto-diagnostiques permet de repérer les défauts et d'alerter les opérateurs. Les fonctions d'auto-apprentissage permettent de modifier les paramètres de protection en fonction de l'environnement. Ces relais peuvent également être intégrés à des systèmes d'IA pour l'analyse des données et l'optimisation des paramètres de protection.
Investir dans la sécurité, un impératif pour l'avenir
Les relais de sécurité sont des dispositifs clés pour assurer la fiabilité et la sûreté des installations électriques industrielles. Le respect des normes, l'analyse des risques et le choix pertinent des relais de sécurité sont autant d'éléments importants pour assurer la protection des opérateurs et des équipements. La formation et la sensibilisation du personnel sont également essentielles pour assurer l'efficacité des dispositifs de protection.
La sûreté n'est pas une option, mais un impératif. Investir dans des relais de sûreté de qualité est un investissement pertinent à long terme, qui permet de protéger les opérateurs, les équipements et la réputation de l'entreprise. En adoptant une approche proactive en matière de protection, les sociétés peuvent créer des environnements de travail plus sûrs et améliorer leur performance globale. Téléchargez notre guide sur les relais de sécurité pour découvrir les meilleures pratiques en matière de sélection, d'installation et de maintenance.