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Introduction à la Sécurité

1- Préface

Le but de cette section est de fournir aux constructeurs de machines une première introduction à certaines normes relatives à la sécurité des machines, clariﬁ er certains principes de base et donner quelques exemples d’application. Ce petit guide se réfère uniquement aux aspects de la

Sécurité Fonctionnelle de la machine, c’est-à-dire l’ensemble de mesures propres à protéger l’opérateur des machines des risques découlant de leur fonctionnement. Ne sont pas traités les risques dus à d’autres sources de danger telles que la présence d’électricité, appareils à pression, atmosphères explosives, etc., qui devront être évalués quand même par le fabricant des machines.

Ce document a été préparé par Pizzato Elettrica au mieux de ses connaissances, en tenant compte les nouvelles normes et interprétations et les technologies existantes dans l’année 2009. Étant donné que certaines normes mentionnées trouvent lors de ces mois leurs premières applications réelles, on ne peut pas exclure qu’avec le temps des normes supplémentaires ou interprétations par les organismes notiﬁ és modiﬁ ent les évaluations fournies dans ce document. Les exemples devraient donc toujours être évalués par le client ﬁ nal selon l’état de l’art technologique /normatif et ils ne le déchargent pas de sa responsabilité. Pizzato Elettrica n’assume aucune responsabilité sur les exemples donnés et n’exclut pas la présence éventuelle d’erreurs involontaires ou d’inexactitudes dans les données fournies.

2- Concevoir en toute sécurité. La structure normative européenne.

Tout dispositif ou machine, pour être librement commercialisé à l’intérieur des pays de la Communauté européenne, doit satisfaire aux prescriptions des directives communautaires.

Elles fournissent les principes généraux pour que les fabricants mettent en vente des produits qui ne sont pas dangereux pour les opérateurs. L’ensemble des produits et des différents dangers potentiels est très large et donc au cours de temps ont été

émises plusieurs directives. Par exemple on cite la directive Basse Tension 2006/95/

EC, la directive 94/9/EC sur les Atmosphères Explosives, la directive sur la

Compatibilité Electromagnétique 2004/108/EC, etc. Les dangers résultants du fonctionnement des machines sont traités par la Directive Machine 98/37/EC qui à partir de 29/12/2009 sera remplacée par la nouvelle directive 2006/42/EC.

La conformité aux directives est certiﬁ ée par l’émission de la Déclaration de

Conformité par le constructeur et par l’apposition du marquage CE sur la machine.

NORMES DE TYPE A

par exemple:

EN 12100-1 et -2 (remplace EN 292-1 et EN 292-2).

Concepts fondamentaux, principes généraux de conception.

EN 61508-1-7. Sécurité fonctionnelle des systèmes électriques, électroniques et électroniques programmables pour applications de sécurité.

EN 14121: Principes pour l’évaluation du risque.

NORMES DE TYPE B1

par exemple:

Pour l’évaluation des risques que la machine présente et pour la réalisation des systèmes de sécurité aptes à protéger l’operateur de ces risques, les comités européens de normalisation CEN et CENELEC ont promulgué une série de normes qui traduisent le contenu des directives sous forme d’indications techniques.

Les normes qui sont publiées dans le Journal Ofﬁ ciel de l’Union Européenne s’entendent harmonisées. Le constructeur qui utilise ces normes pour la certiﬁ cation de ses machines a la présomption de conformité aux directives.

EN 62061:2005 Sécurité fonctionnelle des systèmes de commande et de contrôle électriques, électroniques et

électroniques programmables relatifs à la sécurité

EN ISO 13849-1:2006 et -2:2003 Parties des systèmes de commande liées à la sécurité

NORMES DE TYPE B2

par exemple:

Les normes pour la sécurité des machines se divisent en trois types: A, B et C.

Normes de type A: Ce sont des normes qui exposent les concepts de base et les principes de conception générale pour la réalisation de toutes les machines.

Normes de type B: Ce sont des normes qui exposent plus spéciﬁ quement un ou plusieurs aspects relatifs à la sécurité et qui à leur tour sont divisées en normes de type:

• B1: Normes relatives à certains aspects de la sécurité (par exemple distances de sécurité, températures, bruits, etc.)

• B2: Normes relatives aux dispositifs de sécurité (par exemple contrôles bimanuels, dispositifs de verrouillage, protecteurs, etc.)

Normes de types C: Ce sont des normes qui exposent de manière détaillée les prescriptions de sécurité pour des groupes de machines particulières (ex. presses hydrauliques, machines à injecter,…)

EN 574:1996 Dispositifs de commande bimanuelle

EN 13850:2006 (remplace EN 418:1992)

Arrêt d’urgence

EN 1088:1995 Dispositifs de verrouillage des protecteurs

EN 60204-1:2006 Équipement électrique des machines

EN 60947-5-1:2004 Dispositifs de contrôle

électromécaniques

NORMES DE TYPE C

par exemple:

EN 201:1997. Machines pour le caoutchouc et les matières plastiques – Machines à injecter

EN 415-1..-7:2000 Sécurité des machines d’emballage

EN 692:2005 Presses mécaniques

EN 693:2001 Presses hydrauliques

EN 848-1:2007 Sécurité des machines pour le travail du bois – Machines à fraiser sur une face, à outil rotatif

- Partie 1: Toupie monobroche à arbre vertical

Le constructeur de dispositifs ou de machines devra tout d’abord vériﬁ er si son produit entre dans une norme de type C. Dans le cas positif, ce sera cette norme qui établira les prescriptions pour la sécurité, sinon, ce seront les normes de type

B qui feront foi pour tout aspect ou dispositif spéciﬁ que du produit. En absence de spéciﬁ cations supplémentaires, le constructeur suivra les principes généraux

énoncés dans les normes de type A.

3 – Concevoir machines sûres. Analyse des risques.

La première étape dans la construction d’une machine sûre est d’identiﬁ er quels sont tous les éventuels dangers auquels sont exposés les opérateurs d’une machine. L’identiﬁ cation et la classiﬁ cation des risques permettent de déﬁ nir le risque pour l’opérateur c’est-à-dire la combinaison de la probabilité que le danger se produit et du type de dommage possible à l’opérateur.

La méthodologie d’analyse des risques, de leur évaluation, de la façon de procéder pour leur réduction est déﬁ nie par les normes EN 12100 et

EN 14121. Ces normes introduisent un modèle cyclique d’analyse aﬁ n que, déﬁ ni les objectifs initiaux, l’analyse des risques et des solutions possibles pour limiter ces risques sont évalués plusieurs fois jusqu’à ce que les objectifs initiaux ne sont pas remplis.

Le modèle introduit par cette paire de normes prévoit que, après une analyse des risques selon EN 14121, on procède pour leur réduction /

élimination par un processus qui comprend par ordre:

1) L’élimination des risques à l’origine, grâce à la structure du système et l’utilisation de principes de conception intrinsèquement sûrs

2) La réduction des risques par des systèmes de protection et de contrôle

3) La mise en évidence des risques résiduels au moyen de signalisation et information aux opérateurs.

Étant donné que chaque machine a des dangers et qu’il n’est pas possible d’éliminer complètement tous les possibles risques associés, page 6 / 2 5 Catalogue Général 2009-2010

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l’objectif est de réduire le risque de la machine à des niveaux résiduels acceptables.

Si le risque est réduit par un système de contrôle, entre en jeu la norme EN ISO 13849, qui fournit un modèle d’évaluation de la qualité de ce système. De cette façon, étant donné le risque d’un certain niveau, il est possible d’ utiliser une fonction de sécurité de même niveau ou supérieur.

DÉBUT

Détermination des limites de la machine (voir 5.2

a )

Identifications des dangers

(voir paragraphes 4 a

e 5.3

)

Oui

Analyse du risque effectuée en accord avec EN ISO 14121 a

Se réfère à EN ISO 12100-1:2003 b Se réfère à EN ISO 13849-1:2006 c

L’ISO 13849-2 fournit une aide supplémentaire pour la validation

Appréciation du risque

(voir 5.3

)

Évaluation du risque

(voir 5.3

a )

Le procédé itératif de réduction du risque doit être effectué séparément pour chaque danger dans la condition d’utilisation correspondante

(fonction)

Non

De nouveaux dangers ont-ils été créés ?

Le risque a-t-il été réduit de manière adéquate?

Oui

FIN

Non

Vérification des systèmes de commande liés à la sécurité en accord avec EN ISO 13849-1

Procédé de réduction du risque pour le danger identifié:

1) Par le biais d’une structure intrinsèque

2) Grâce aux protections

3) Par les instructions pour l’utilisation

(voir EN ISO 12100-1:2003 figure 4)

IIdentification des fonctions de sécurité qui doivent être effectuées par le(s) SRP/CS

Pour chaque fonction de sécurité, indiquer les caractéristiques requises (voir paragraphe 5 b )

Détermination du niveau de performances requis PLr (voir 4.3

et annexe A b

)

Les mesures de protection

sélectionnées dépendent-elles d’un système de contrôle ?

Oui

Pour chaque fonction de sécurité sélectionnée Conception et réalisation technique de la fonction de sécurité: Identification des pièces relatives à la sécurité qui exercent la fonction de sécurité (voir 4.4

b )

Non

Évaluation du niveau de performance PL

(voir 4.5

) en tenant compte de:

- Catégorie (voir paragraphe 6 b )

- MTTFd (voir annexes C b et D b )

- DC (voir annexe E b )

- CCF (voir annexe F b )

- Si existant: Logiciel (voir 4.6

b et annexe J b ) de la partie relative à la sécurité à l’examen

Vérification du PL de la fonction de sécurité:

PL r r

? (voir 4.7

b )

Non

Oui

Non

Validation (voir clause 8 bc

Toutes les conditions requises ont-elles été satisfaites?

Oui

Toutes les fonctions de sécurité ont-elles été analysées?

Non

Note: Cette ﬁ gure a été obtenue par la combinaison des Figures 1 et 3 de EN 13849-1:2006. Les textes reportés sont la traduction non ofﬁ cielle des textes en anglais.

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Introduction à la Sécurité

4 –Situation normative actuelle (année 2009). Les raisons du changement, les nouvelles normes et quelques superpositions

Les normes “traditionnelles” pour la sécurité fonctionnelle, telles que l’EN 954-1, ont eu le grand mérite de formaliser certains principes de base dans l’analyse des circuits de sécurité selon principes déterministes. D’autre part, elles ne traitent absolument pas les dispositifs électroniques programmables et, en général, souffrent des années passées. Pour inclure les dispositifs électroniques programmables dans l’analyse des systèmes de contrôle, l’approche de nouvelles normes est fondamentalement de type probabiliste et on a ensuite introduit de nouvelles variables de type statistiques.

La norme «mère» de cette approche est la IEC 61508 qui déﬁ nit la sécurité des systèmes électroniques programmables complexes et est une norme imposante (divisée en 8 sections, pour un total de plus de 500 pages) adaptée à des champs d’application même très différents (industrie de procès, machines industrielles, installations nucléaires); ce sont les raisons pour lesquelles elle a assumé le statut de norme de type A (non harmonisée). Cette norme introduit le concept de SIL (Safety Integrity Level), c’est-à-dire une indication probabiliste du risque résiduel d’un système.

De l’IEC 61508 dérive l’EN 62061, en particulier pour ce qui concerne la sécurité des systèmes avec électronique complexe ou quand même programmable dans les machines industrielles. Les concepts introduits permettent l’application en général à tout système de contrôle avec technologie de type électrique, électronique et

électronique programmable (à l’exclusion de systèmes avec technologies non- électriques).

Note importante.

EN ISO 13849 est une norme de type

L’EN ISO 13849, développée par le CEN sous l’égide de l’ISO, dérive de cette approche probabiliste mais tente de faire en sorte que le constructeur habitué aux concepts de l’EN 954-

1 peut passer d’une façon moins traumatisante aux nouveaux concepts. La norme s’applique aux systèmes électromécaniques, hydrauliques, électroniques «non complexes» et certains systèmes électroniques programmables avec des structures prédéﬁ nies. La norme EN ISO

13849 est une norme de type B1, introduit la notion de PL (Performance Level) c’est-à-dire, comme pour le SIL, une indication probabiliste du risque résiduel d’une machine. Cette norme indique une corrélation entre SIL et PL, utilise des concepts (comme DC et CCF) changés par la IEC 61508 et établi une référence avec les catégories de sécurité de l’EN 954-1.

B1 et donc si une machine est déjà couverte par une norme de type C, c’est cette dernière qui fait autorité. Toutes les normes de type C précédemment développées se basent sur les concepts de EN 954-1. Pour les constructeurs des machines couvertes par une norme de type C, les temps d’introduction des nouvelles réglementations pourraient varier en fonction de la rapidité à laquelle les différents comités techniques les

Dans le domaine de la sécurité fonctionnelle, pour la sécurité des circuits de contrôle, trois normes sont donc actuellement en vigueur (année 2009): mettront à jour.

• EN 954-1:1996. C’est une norme de type B1, qui a introduit le concept des Catégories de Sécurité, maintenant sur le point d’expirer. L’actuelle

EN 954-1:1996 restera en vigueur jusqu’à Novembre 2009, date à laquelle elle sera ofﬁ ciellement remplacé par l’EN ISO 13849. Pour la diffusion qu’elle a eu dans les années passées cette norme sera encore pour longtemps une référence technique.

• EN ISO 13849:2006. Norme de type B1 qui utilise le concept de PL.

• EN 62061:2005. Norme de type B1 qui utilise le concept de SIL.

EN ISO 13849-1

SIL

EN 62061 - IEC 61508

PFHd

Une défaillance dangereuse chaque n° ans

-4

1 c d

2 e

(4)

-5

~10

3x10

-6

~40

-6

-7

-8

~100 ~1000 ~10000

Les deux normes EN 62061 et EN 13849 ont donc une raisonnable superposition en ce qui concerne le domaine d’application et pour de nombreux aspects sont similaires à tel point qu’il existe une corrélation précise entre les deux différents noms symbole (SIL et PL), qui indiquent le résultat de l’analyse selon les deux normes.

Les recommandations sur le domaine d’application des deux normes est reporté dans le tableau 1 de l’EN 13849 et comme on peut le voir, sur de grandes typologies de produits tous les deux normes sont applicables.

Tableau 1 – Applications recommandées par IEC 62061 et EN ISO 13849-1

Technologie utilisée par la partie du système de commande liée à la sécurité

Non électrique, par exemple hydraulique

EN ISO 13849-1 IEC 62061

X Non traitée

Électromécanique, par exemple relais et/ou

électronique non complexe

Électronique complexe, par exemple programmable

A associée à B

C associée à B

D’une manière limitée aux architectures dessinées et jusqu’à PL=e

Toutes les architectures et jusqu’à

SIL 3

D’une manière limitée aux architectures dessinées et jusqu’à PL=d

Toutes les architectures et jusqu’à

SIL 3

D’une manière limitée aux architectures dessinées et jusqu’à PL=e

X c

D’une manière limitée aux architectures dessinées (voir note 1) et jusqu’à PL=d

Toutes les architectures et jusqu’à

SIL 3

C associée à A ou

C associée à A et B

X b

X indique que la ligne est traitée par la norme internationale indiquée dans l’en-tête de la colonne

X c a. Les architectures dessinées sont déﬁ nies au point 6.2 (de l’EN ISO 13849-1) pour fournir une approche simpliﬁ ée à la quantiﬁ cation du niveau de performances b. Pour l’électronique complexe: utiliser les architectures dessinées en accord avec cette partie de l’EN ISO 13849-1 et jusqu’à PL=d ou toute autre architecture en accord avec l’IEC 62061 c. Pour les technologies non électriques, utiliser les parties comme sous-systèmes en accord avec cette partie de l’EN ISO 13849-1

Note. Le présent tableau est la traduction non ofﬁ cielle en français du tableau 1 présent dans la version anglaise de la norme EN ISO 13849-1:2006

Le choix de la norme à utiliser reviendra au constructeur, selon la technologie utilisée. Nous retenons que l’EN 13849, avec une approche intermédiaire et la réutilisation des concepts déjà connus dans le marché, est une norme d’application plus facile.

Note: L’institution pour la prévention et la sécurité allemande BGIA a introduit en 2008 un rapport (BGIA Report 2/2008) sur l’application de l’EN

13849 où il est indiqué que les recommandations et les limites sur l’application de l’13849 doivent être considérés comme obsolètes et donc aussi dans le cas d’électronique programmable (cas C et E du tableau ci-dessus) on peut considérer le limite PLe. page 6 / 2 7 Catalogue Général 2009-2010

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5- La norme EN ISO 13849 et les nouveaux paramètres: PL, MTTF

, DC, CCF

La norme EN ISO 13849 offre au constructeur une méthode itérative pour évaluer si les risques d’une machine peuvent être limités à un niveau résiduel acceptable par l’utilisation des fonctions de sécurité appropriées. La méthode adoptée prévoit, pour chaque risque, un cycle d’hypothèse-analyse-validation à la ﬁ n de lequel on doit être en mesure de démontrer que chaque fonction de sécurité choisie est adaptée au relatif risque à l’examen.

La première étape consiste donc dans l’évaluation du niveau de performance requis pour chaque fonction de sécurité. Comme pour l’EN 954-1 même l’EN ISO 13849 utilise un graphique pour l’analyse du risque d’une fonction d’une machine (Figure A.1) mais au lieu d’une catégorie de sécurité requise, elle déﬁ nit, en fonction du risque, un niveau de performance requis ou PL r sécurité qui devra protéger cette partie de machine.

(Required Performance Level) pour la fonction de

Le constructeur de la machine, à partir du point 1 du graphique et en répondant aux questions S, F et P, identiﬁ era le PL r

pour la fonction de sécurité examinée. Ensuite il devra réaliser un système pour protéger l’opérateur de la machine qui aura un niveau de performance PL égal ou meilleur de celui requis.

Graphique du risque pour déterminer le PL r

requis pour la fonction de sécurité (extrait de EN ISO 13849-1, ﬁ gure A.1)

Clés de lecture Paramètres de risque

Point de départ pour l’évaluation de la contribution

à la réduction du risque des fonctions de sécurité

Faible contribution à la réduction du risque

Forte contribution à la réduction du risque

PL r

Niveau de performance requis

S Gravité de la blessure

blessure légère (normalement réversible)

blessure grave (normalement irréversible ou mort)

F Fréquence et/ou durée de l’exposition au danger

de rare à assez fréquente et/ou de courte durée

de fréquente à continue et/ou de longue durée

P Possibilité d’éviter le phénomène dangereux ou de limiter le dommage

possible sous certaines conditions

quasiment impossible

Note: Il peut être intéressant pour un constructeur de machines ne devoir pas répéter l’analyse des risques de la machine, mais chercher à réutiliser ce qui a déjà été fait avec l’analyse des risques de la norme EN

954-1. Cela en général n’est pas possible parce que la nouvelle norme a changé le graphique du risque (voir ﬁ gure A.1), et donc avec le même risque peuvent être modiﬁ és les niveaux de fonction de sécurité requise.

L’institution allemande BGIA dans le rapport 2008 / 2 sur la norme EN ISO

13849 suggère que, en adoptant une approche de type «worst case », on peut adopter une conversion comme dans le tableau ci-dessous.

Pour d’ultérieures informations se référer au texte en question.

Catégorie requise par l’EN 954-1:1996

Performance Level requis

(PL r

) et Catégorie requise selon EN ISO 13849-

1:2006

Æ b

Æ c

Æ d, Catégorie 2

Æ d, Catégorie 3

Æ e, Catégorie 4

4D d e

Les PL sont classés en cinq niveaux, de PLa à PLe en fonction de l’augmentation du risque et chacun d’eux identiﬁ e un domaine numérique de probabilité moyenne de défaillance dangereuse par heure. Par exemple PLd indique que la probabilité moyenne de défaillance dangereuse par heure est comprise entre 1x10 -6 et 1x10 -7 c’est-à-dire environ 1 défaillance dangereuse en moyenne tous les 100-1000 ans.

PL a b c

Probabilité moyenne de défaillances dangereuses par heure PFHd

(1/h)

≥

10 -5 et -4

≥

3 x 10 -6 et

≥

10 -6 et

<10 -5

< 3 x10 -6

≥

10 -7 et -6

≥

-8

<10

-7

PL=

ITÉ

Pour l’évaluation du PL d’un système de contrôle sont nécessaires plusieurs paramètres:

1. La Catégorie de sécurité du système qui à son tour découle de l’architecture (structure) du système de contrôle et de son comportement en cas de défaillance

2. MTTF d

des composants

3. DC ou Couverture du diagnostic du système

4. CCF ou Défaillance de cause commune du système.

CA

TÉ

GO

RIE

DE

SÉCUR

Catalogue Général 2009-2010 page 6 / 2 8

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Introduction à la Sécurité

Catégorie de Sécurité.

La grande majorité des circuits de contrôle normalement utilisés sont représentables par une structure de blocs logiques de type:

• Input ou entrée des signaux

• Logic ou logique de traitement des signaux

• Output ou sortie du signal de contrôle diversement interconnectés les uns aux autres en fonction de la structure du circuit de contrôle.

L’EN ISO 13849 admet cinq différentes structures de circuit de base en les déﬁ nissants Architecture Désignées du système. Les architectures combinées avec les exigences de comportement en cas de défaillance du système et avec des valeurs minimales des MTTF d

, DC et CCF indiquent la Catégorie de Sécurité du système de contrôle, comme indiqué dans le tableau ci-dessous. Donc les Catégories de Sécurité de l’EN

ISO 13849-1 ne sont pas équivalentes, mais étendent le concept de Catégorie de Sécurité introduit dans la précédente 954-1.

Catégorie

Résumé des exigences Comportement du système Principes pour la sécurité

MTTF d de chaque canal

Faible ou

Moyenne

DC avg

CCF levant

B

Les parties des systèmes de commande relatives à la sécurité et/ou leurs dispositifs

Une défaillance peut entraîner la perte de la fonction de sécurité.

de sécurité et leurs composants doivent

être conçus, sélectionnés, composés et

Essentiellement caractérisé par le choix des composants combinés conformément aux normes applicables, de sorte qu’ils puissent résister aux inﬂ uences prévisibles. Il faut utiliser les principes base de sécurité.

1

Architecture:

I L O

Les exigences de la catégorie B doivent

être remplies. Nécessité d’appliquer des

Une défaillance peut entraîner la perte de la fonction de sécurité, mais la probacomposants éprouvés et des principes de sécurité ﬁ ables.

bilité d’occurrence d’une telle défaillance est plus petite qu’en catégorie B.

Essentiellement caractérisé par le choix des composants

Élevée Nulle Pas relevant

2

Architecture:

I L O

Les exigences de la catégorie B et l’utilisation des principes de sécurité ﬁ ables

Une défaillance peut entraîner la perte de la fonction de sécurité entre les

Essentiellement caractérisé par la doivent être remplies. La fonction de contrôles. La perte de la fonction de structure sécurité doit être vériﬁ ée régulièrement sécurité est détectée par le système de par le système de contrôle. contrôle.

I L O

Faible à

Élevée

Faible à

Moyenne

Voir l’annexe F

3

TE OTE

Architecture:

Les exigences de la catégorie B et l’utilisation des principes de sécurité ﬁ ables doivent être remplies. Les parties relatives à la sécurité sont conçues de manière à ce que :

- une défaillance unique dans une de ses parties n’entraine pas la perte de la fonction de sécurité, et

– la défaillance unique soit détectée si raisonnablement possible.

La fonction de sécurité est toujours maintenue en cas d’une défaillance unique.

Quelques défaillances sont détectées mais pas toutes.

Une accumulation de défaillances non-détectées peut entraîner la perte de la fonction de sécurité.

Essentiellement caractérisé par la structure

I1 L1 O1

Faible à

Élevée

Faible à

Moyenne

Voir l’annexe F

4

I2 L2 O2

Architecture:

Les exigences de la catégorie B et l’utilisation des principes de sécurité ﬁ ables doivent être remplies. Les parties relatives à la sécurité sont conçues de manière à ce que :

- une défaillance unique dans une de ses parties n’entraine pas la perte de la fonction de sécurité, et

-la défaillance unique soit détectée avant ou pendant la sollicitation suivante de la fonction de sécurité. Si ceci n’est pas possible, une accumulation de défaillances n’entraîne pas la

La fonction de sécurité est toujours Essentiellement maintenue en cas d’une défaillance unique.

La détection de défaillances accumulées réduit la probabilité de la perte de la fonction de sécurité (DC élevée).

Les défaillances sont détectées à temps pour éviter la perte de la fonction de sécurité.

caractérisé par la structure perte de la fonction de sécurité

Élevée Élevée

(Incluse l’accumulation de défaillances)

Voir l’annexe F

Architecture:

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MTTF d

(“Mean Time To Dangerous Failure”, Temps moyen avant défaillance dangereuse).

Ce paramètre essaie de déﬁ nir la bonne qualité des composants du système en déﬁ nissant la durée de vie moyenne avant la défaillance dangereuse (noter qu’il ne s’agit pas de défaillance générale) exprimée en années. En pratique le calcul de l’MTTF d

se base sur des valeurs numériques fournies par les constructeurs de chaque composant formant le système. En cas d’absence de données, la norme fournit des valeurs dans tableaux de référence spéciaux. (Annexe C de EN ISO 13849-1). Le comptage portera à une valeur numérique qui rentrera dans trois catégories : élevée, moyenne ou faible.

Classiﬁ cation

Non permis

Faible

Moyen

Élevé

Valeurs

MTTF d

< 3 ans

3 ans

≤

MTTF d

< 10 ans

10 ans

≤

MTTF d

< 30 ans

30 ans

≤

MTTF d

≤

100 ans

Dans le cas de composants sensibles à l’usure (typiquement dispositifs mécaniques ou hydrauliques), le constructeur du composant fournira, plutôt que le MTTF d

du composant, la valeur B10d du composant c’est-à-dire le nombre de cycles du composant dans lequel 10% des prototypes testés présentent une défaillance dangereuse.

La valeur B10d doit être convertie par le constructeur de la machine en MTTF d

par la formule:

Où n op

= nombre moyen de manœuvres par an du composant.

En supposant la fréquence d’utilisation quotidienne et le nombre d’heures de service par jour de la machine, le n op

peut être obtenu de:

Où d op

= nombre moyen de jours de service par an h op

= nombre moyen d’heures de service par jour t ciclo

= temps cycle (s)

On peut noter donc que le paramètre MTTF d

, quand il est obtenu à partir d’un composant sujet à l’usure, ne dépend pas seulement du composant même, mais aussi de l’application. Un dispositif mécanique avec basse fréquence d’utilisation, tel qu’un télérupteur utilisé seulement pour les arrêts d’urgence, aura généralement un MTTF d

élevé; mais si le même dispositif est également utilisé pour les normales manœuvres de cycle, alors le MTTF d

du même télérupteur, avec un temps de cycle bas, pourrait diminuer drastiquement.

Pour le calcul de l’MTTF d

du circuit de contrôle contribuent tous les éléments du circuit, en fonction de sa structure. Dans les circuits avec une architecture à 1 canal (comme dans les cas des B, 1 et 2) la contribution de chaque composants est linéaire et le calcul du MTTF d

du canal est obtenu de:

Pour éviter des interprétations trop optimistes la valeur maximale de MTTF d avec un MTTF d

inferieur à 3 ans.

de chaque canal est limitée à 100 ans. Ne sont pas permis canaux

Dans le cas des systèmes à 2 canaux (catégories 3 et 4) le calcul du MTTF d

du circuit est obtenu par la symétrisation des MTTF d

des deux canaux en utilisant la formule:

DC (“Diagnostic Coverage”, couverture du diagnostic).

Ce paramètre essaie d’indiquer à quel point le système est en mesure d’ “auto-surveiller” un éventuel mauvais fonctionnement. En fonction du pourcentage de défaillances dangereuses détectables par le système, on aura une couverture du diagnostic plus ou moins bonne.

Le paramètre numérique DC est une valeur en pourcent qui est calculée à travers des valeurs données dans un tableau (annexe E de l’EN

ISO 13849-1) en fonction des précautions adoptées par le fabricant pour détecter les anomalies de son circuit. Comme en général ils existent plusieurs précautions dans le même circuit pour détecter anomalies différentes, à la ﬁ n on calcule une valeur moyenne ou DC avg

qui sera répartie dans les quatre groupes suivants:

Élevée DC avg

≥

99%

Moyenne 90%

≤

DC avg

Faible 60%

≤

DC avg

<99%

<90%

Nulle 60% < DC avg

La couverture du diagnostic nulle est admise seulement pour les systèmes avec architecture B ou 1.

CCF (“Common Cause Failure”, Défaillance de cause commune)

Dans le cas de systèmes de catégorie 2,3 ou 4 pour le calcul du PL il sera nécessaire aussi d’évaluer une éventuelle défaillance de cause commune ou CCF qui peut invalider la redondance des systèmes. L’évaluation se fait par une check-list de contrôle (annexe F de l’EN ISO 13849-

1), qui, selon le type de solutions adoptées contre les défaillances de cause commune, donne une valeur de 0 à 100. La valeur minimale permise pour les catégories 2, 3 et 4 est de 65 points.

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Introduction à la Sécurité

PL (“Performance Level”)

Étant connus ces paramètres, la norme EN ISO 13849-1 fournit le PL du système au moyen d’un tableau de corrélation (annexe K de l’EN ISO

13849-1), ou, sous forme graphique simpliﬁ ée (paragraphe 4.5 de l’EN ISO 13849-1), par la ﬁ gure suivante.

Relations entre les catégories DC avg

, MTTF d

de chaque canal et PL (extrait de EN ISO 13849-1, ﬁ gure 5)

1 = MTTF d

de chaque canal Faible

(3 ans

≤

MTTF d

< 10 ans)

2 = MTTF d

de chaque canal

Moyenne (10 ans

≤

MTTF d

< 30 ans)

3 = MTTF d

de chaque canal

Élevée

(30 ans

≤

MTTF d

≤

100 ans)

Cette image est très utile parce qu’on a plusieurs modalités de lecture. Étant donné une certaine valeur PL r

l’image met en évidence toutes les solutions possibles qui offrent ce niveau de PL c’est-à-dire les structures de circuit possibles qui offrent le même PL.

Par exemple en observant la ﬁ gure, on peut noter comme pour obtenir un système avec PL

égal à « c », toutes les solutions suivantes sont possibles:

1. Système de catégorie 3 avec composants peu ﬁ ables (MTTF d

=faible) et DC moyenne

2. Système de catégorie 3 avec composants ﬁ ables (MTTF d

3. Système de catégorie 2 avec composants ﬁ ables (MTTF d

=moyenne) e DC faible.

=moyenne) e moyenne.

4. Système de catégorie 2 avec composants ﬁ ables (MTTF d

=moyenne) e DC faible.

5. Système de catégorie 1 avec composants très ﬁ ables (MTTF d

=élevée).

En même temps la ﬁ gure, choisi une structure de circuit, permet de voir immédiatement les maximum PL réalisables en fonction de la couverture du diagnostic moyenne et du MTTF d des composants. Le constructeur peut donc exclure a priori certaines structures de circuit car inappropriées au PL r

requis.

Cependant en général, pour d’identiﬁ er le PL du système, on ne se réfère pas à la ﬁ gure en question puisque dans de nombreux cas, les zones du graphique se superposent aux lignes de la marge des différentes PL.

Au lieu de cela, on utilise le tableau dans l’annexe K de l’EN ISO 13849-1 pour une détermination précise du PL du circuit. page 6 / 3 1 Catalogue Général 2009-2010

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CS AR-24

CS AR-25

CS AR-40

CS AR-41

CS AR-46

CS AR-51

CS AR-90

CS AR-94

CS AT-0x

CS AT-1x

CS AT-2x

CS AM-01

CS AR-01

CS AR-02

CS AR-04

CS AR-05

CS AR-06

CS AR-07

CS AR-08

CS AR-20

CS AR-21

CS AR-22

CS AR-23

CS DM-01

CS FS-0

CS FS-20

CS FS-30

CS FS-50

CS ME-01

CS ME-20

CS ME-30

CS ME-31

Tableau Paramètres de sécurité (2009)

Les données B10 et B10d indiqués dans le tableau se référent à la durée mécanique des contacts sûres (NC a à ouverture positive) des dispositifs en conditions environnementales normales.

Série Description article

Interrupteurs de position

B10

20.000.000

B10 d

40.000.000

B10/

B10 d

50%

F• ••••

F• ••93

F• ••92

F• ••99

F• ••R2

FS, FG

F• ••96

F• ••95

F• ••C•

F• ••••

PX, PA

Interrupteurs de sécurité à actionneur séparé

Interrupteurs de sécurité à actionneur séparé avec verrouillage

Interrupteurs de sécurité pivotant pour charnières

Interrupteurs à levier à fente pour protections battantes

Interrupteurs à câble pour arrêt d’urgence

Charnières de sécurité

Capteurs magnétiques de sécurité

(utilisés avec modules de sécurité Pizzato)

Capteurs magnétiques de sécurité

(utilisés à max charge: 24V 250mA)

Bouton d’urgence

Interrupteurs à pédale

Micro-interrupteurs de position

1.000.000

10.000.000

5.000.000

20.000.000

10.000.000

2.000.000

5.000.000

2.000.000

5.000.000

20.000.000

10.000.000

100.000

40.000.000

20.000.000

50%

20%

50%

20%

50%

MTTF d

DC PFHd SIL CL PL Cat

Module de sécurité pour détection d’arrêt moteur

Module de sécurité pour contrôle protecteurs et arrêts d’urgence

Module de sécurité pour contrôle protecteurs, arrêts d’urgence et barrières optiques 147

Module de sécurité pour contrôle protecteurs et arrêts d’urgence 111

145

147

Module de sécurité pour contrôle protecteurs, arrêts d’urgence et barrières optiques 218

Module de sécurité pour contrôle protecteurs et arrêts d’urgence 358

Module de sécurité pour contrôle protecteurs et arrêts d’urgence

358

201

111

Module de sécurité pour contrôle protecteurs et arrêts d’urgence

Module de sécurité pour contrôle tapis et bords sensibles

111

356

435

209

Module de sécurité pour contrôle de zone d’iso-nivelage des ascenseurs

Module de sécurité temporiateur pour contrôle protecteurs et arrêts d’urgence

Module de sécurité pour contrôle commande bimanuelle

Module temporisateur de sécurité

Module d’extensions contacts

146

205

349

113

382

213

142

112

B10d: Nombre d’opérations dans lequel 10% des composants présentent une défaillance dangereuse

B10: Nombre d’opérations dans lequel 10% des composants présentent une défaillance

B10/B10 d

MTTF d

: rapport entre défaillances dangereuses et défaillances totales

: Mean Time To Failure Dangerous (Temps moyen avant défaillance dangereuse)

DC: Diagnostic coverage (Couverture du diagnostic)

PFHd: Probability of Dangerous Failure per hour (Probabilité de défaillance dangereuse par heure)

SIL CL: Safety Integrity Level Claim Limit. (Max SIL selon EN 62061)

PL : Performance Level (PL selon EN ISO 13849-1)

1.94E-09

6.38E-10

6.61E-10

7.56E-10

4.58E-09

8.71E-09

8.87E-09

1.18E-09

1.08E-08

3.32E-08

9.43E-09

5.03E-10

5.62E-09

9.01E-09

4,05E-09

2.99E-08

1.62E-09

1.10E-08

1.17E-08

6.38E-10

3.07E-09

2.77E-09

3 d c e e d e e e e e e e e d e e e e d d e e e d e e e e e e e e

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Introduction à la Sécurité

EXEMPLE 1

Application: Contrôle protections

L / +

Stop

SS1

Start

KM1

N / -

KM1

Norme de référence EN ISO 13849-1:2006

Catégorie de sécurité

Performance Level

1 PL c

SS1

FX 693

KM1

Le circuit de contrôle de la ﬁ gure a la fonction de surveillance de la protection. Si la protection est ouverte le moteur ne doit pas être en mesure de démarrer. L’analyse des dangers a souligné que le système n’est pas doté d’inertie c’est-à-dire que le moteur, après avoir coupé l’alimentation, il s’arrête plus rapidement que l’ouverture de la protection. De l’analyse des risques on a mis en évidence que le PL r est PLc. On veut vériﬁ er si le circuit de contrôle supposé, qui a une structure avec 1 canal, a un PL supérieur ou égal à PL r

target requis

Description de la fonction de sécurité

La position de la protection est détectée par l’interrupteur avec actionneur séparé SS1 qui agit directement sur le contacteur KM1. Le contacteur

KM1 qui vériﬁ e les organes en mouvement est normalement activé par les boutons de Start et Stop, mais l’analyse du cycle de fonctionnement a montré que même la protection est ouverte à chaque cycle de service. Il s’ensuit que le nombre d’opérations du télérupteur et de l’interrupteur de sécurité peut être considéré comme égal.

La structure du circuit est du type à 1 canal sans supervision (catégorie B ou 1) où il y a seulement le composant de Input (interrupteur) et Output

(contacteur).

La fonction de sécurité n’est pas maintenue en cas de défaillance sur un des dispositifs.

Ne sont pas mis en œuvre des mesures pour vériﬁ er les défaillances.

Données des dispositifs

• SS1 (FX 693) est un interrupteur à ouverture positive (selon l’annexe K de l’EN 60947-5-1). L’interrupteur est un dispositif bien éprouvé selon le tableau D.4 de l’EN ISO 13849-2. La valeur du B10 d manouvres.

du dispositif est fournie par le constructeur (voir page 6/32) et est égale à 2.000.000

• KM1 est un contacteur utilisé à charge nominale et est un composant bien éprouvé, selon le tableau D.4 de l’EN ISO 13849-2. Sa valeur B10 d

est égale à 2.000.000 manœuvres, étant dérivée cette valeur des tableaux de la norme (voir tableau C.1 de l’EN ISO 13849-1).

Hypothèse de fréquence d’utilisation

• Il est supposé que la machine est utilisée pour un maximum de 365 jours par an, pour trois services de travail de 8 heures avec un temps cycle de 600 secondes. Le nombre d’opérations par an, pour le contacteur et pour l’interrupteur, est donc égal au maximum à n op

=(365x24x3.600)/600=52.560.

• On suppose l’actionnement du bouton de start tous les 300 secondes. Le nombre d’opérations annuelles est donc égal au maximum à n op

/an=105.120

• Le contacteur KM1 sera actionné pour le normal start-stop de la machine, et pour le redémarrage suite à l’ouverture d’un protecteur. n op

52.560+105.120 = 157.680

/an=

Calcul MTTF d

L’MTTF d

de l’interrupteur SS1 est égal à: MTTF d

= B10 d

/(0,1 x n op

) = 2000000/(0,1 x 52560) = 381 ans

L’MTTF d du contacteur KM1 est égal à: MTTF d

Il s’ensuit que le MTTF d

= B10 d

/(0,1 x n op

) = 2000000/(0,1 x 157680) = 127 ans

du circuit à 1 canal est égal à : 1/(1/381+1/127)=95 ans

Couverture du diagnostic DC avg

Ne sont pas mis en œuvre des mesures pour vériﬁ er les défaillances et donc la couverture du diagnostic est Nulle, condition admise pour le circuit examiné qui est en catégorie 1.

Défaillance de cause commune CCF

Pour un circuit en catégorie 1 il n’est pas nécessaire le calcul du paramètre CCF.

Vériﬁ cation du PL

De la table ou de la ﬁ gure 5 de la norme on vériﬁ e comme pour un circuit en catégorie

1 avec MTTF d

= 95 ans, le PL résultant du circuit de contrôle est égal à c. Le PL r

objectif est donc atteint.

page 6 / 3 3 Catalogue Général 2009-2010

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EXEMPLE 2

Application: Contrôle arrêts d’urgence

L / +

N / -

Stop

ES1

ES2

ES3

CS AR-20.....

Start

S33 S34

KM1

KM2

KM1

Norme de référence EN ISO 13849-1:2006

Catégorie de sécurité

Performance Level

3 PL e

ES1

FD 978

ES2

FD 978

ES3

FD 978

CS AR-20....

Description de la fonction de sécurité

Le fonctionnement d’un des dispositifs d’urgence provoque l’intervention du module de sécurité et de deux contacteurs KM1 et KM2.

Le signal des dispositifs ES1, ES2, ES3 est lu par le module de sécurité CS de façon redondant. Aussi les contacteurs KM1 et KM2 (avec contacts guidés) sont contrôlés par le CS à travers le circuit de rétroaction.

Données des dispositifs

• ES1, ES2, ES3 (FD 978) sont interrupteurs à câble pour arrêts d’urgence à ouverture positive. La valeur du B10d est égale à 2.000.000 (Voir page 6/32)

• KM1, KM2 sont contacteurs utilisés à charge nominale. La valeur du B10 d

• CS est un module de sécurité (CS AR-20) avec MTTF d

est égale à 2.000.000 (voir tableau C.1 de l’EN ISO 13849-1)

=358 ans (voir page 6/32) et DC= Moyenne

• L’architecture du circuit est à double canal en catégorie 3

Hypothèse de fréquence d’utilisation

• 2 fois par mois n op

/an = 24

• Actionnement du bouton de démarrage: 4 fois par jour

• En supposant 365 jours de travail, les contacteurs interviennent 4 x 365 + 24 = 1484 fois/an

• Les interrupteurs seront actionnés avec la même fréquence

• On ne prévoit pas que plusieurs boutons peuvent être pressés simultanément

Calcul MTTF d

• MTTF d

ES1,ES2,ES3 = 833.333 ans

• MTTF d

KM1,KM2 = 13.477 ans

• MTTF d

CS = 358 ans

• MTTF d

CH1 =349 ans. La valeur est limitée à 100 ans. Les canaux sont symétriques, donc MTTF d

=100 ans (élevée)

Couverture du diagnostic DC avg

• Les contacts KM1 et KM2 sont contrôlés par le CS à travers le circuit de rétroaction. DC=99% (élevée)

• Le module de sécurité CS AR-20 a une couverture du diagnostic Moyenne.

• Il n’est pas possible de détecter toutes les défaillances dans la série des dispositifs d’urgence. La couverture diagnostique est de 90% (Moyenne)

Défaillance de cause commune CCF

On suppose une valeur > 65 (selon l’annexe F de l’EN ISO 13849-1).

Vériﬁ cation du PL

Un circuit en catégorie 3 avec MTTF d

=100 ans et DC avg

= Moyenne peut atteindre un PL e.

Catalogue Général 2009-2010 page 6 / 3 4

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Introduction à la Sécurité

EXEMPLE 3

Application: Contrôle protections

N / -

L / +

SS2 SS1

A1 S35 S22 S21 S12 S11 S31 13

CS AR-01.....

S33 S34

KM1

Start

KM2

KM1

Norme de référence EN ISO 13849-1:2006

Catégorie de sécurité

Performance Level

4 PL e

SS2

FR 1896

CS AR01....

SS1

FR 693

Description de la fonction de sécurité

L’ouverture de la protection provoque l’intervention des interrupteurs SS1 et SS2 et donc du module de sécurité et de deux contacteurs KM1 et KM2.

Le signal des dispositifs SS1, SS2 est contrôlé de façon redondante par le module de sécurité CS.

Les interrupteurs ont un principe de fonctionnement différent.

Aussi les contacteurs KM1 et KM2 (avec contacts guidés) sont contrôlés par le CS à travers le circuit de rétroaction.

Données des dispositifs

• SS1 (FR 693) est un interrupteur à ouverture positive. La valeur du B10 d

est égale à 2.000.000 (voir page 6/32)

• SS2 (FR 1896) est un interrupteur pour charnières à ouverture positive. B10 d

= 5.000.000 (voir page 6/32)

• KM1, KM2 sont contacteurs utilisés à charge nominale. B10 d

=2.000.000 (voir tableau C.1 de l’EN ISO 13849-1)

• CS sont modules de sécurité (CS AR-01) avec MTTF d

=147 ans et DC=99% (Elevée)

Hypothèse de fréquence d’utilisation

365 jj/an, 16 h/jj, 1 intervention chaque 3 minutes (180 s). n op

/an = 116.800

Calcul MTTFd

• MTTF d

SS1 = 171 ans

SS2 = 428 ans

• MTTF d

KM1,KM2 = 171 ans

• MTTF d

CS= 147 ans

• MTTF d

CH1 = 54 ans (SS1,CS,KM1)

• MTTF d

CH2 = 67 ans (SS2,CS,KM2)

• MTTF d

: en symétrisant les 2 canaux on obtient MTTF d

= 61 ans (élevée)

Couverture du diagnostic DC avg

• SS1,SS2 ont DC=99% car les contacts de SS1 et SS2 sont contrôlés par CS et ils ont principes de fonctionnement différents.

• Les contacts de KM1 et KM2 sont contrôlés par CS à travers le circuit de rétroaction. DC=99% (élevée)

• CS AR-01 à l’intérieur a un circuit redondant et auto-surveillé. DC=99% (élevée)

• DC avg

=99% (élevée)

Vériﬁ cation du PL

Un circuit en catégorie 4 avec MTTF d

=61 ans et DC avg

=Elevée correspond à un PL e.

page 6 / 3 5 Catalogue Général 2009-2010

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EXEMPLE 4

Application: Contrôle protections

N / L / +

Norme de référence EN ISO 13849-1:2006

Catégorie de sécurité

Performance Level

4 PL e

SS2

FR 1896

SS3

SS1

SS4

SS2

SS1

SS2

SS3

SS4

CS AR01....

SS1

FR 693

SS4

FR 1896

CS AR-05.....

S12 S11 S52 S21 S22

S34

23 33

24 34

I1.0

I1.1

O1.0

I1.2

Inputs

PLC

Outputs

I1.3

I1.4

PLC

SS3

FR 693

Start

KM1

KM2

KM1

Description de la fonction de sécurité

L’ouverture de la protection provoque l’intervention des interrupteurs SS1, SS2 dans la première protection et SS3, SS4 dans la deuxième protection; les interrupteurs font intervenir le module de sécurité et les deux contacteurs KM1 et KM2.

Le signal des dispositifs SS1, SS2 et SS3, SS4 est contrôlé de façon redondante par le module de sécurité CS, en outre un contact auxiliaire des interrupteurs est contrôlé par le PLC.

Les interrupteurs ont un principe de fonctionnement différent.

Aussi les contacteurs KM1 et KM2 (avec contacts guidés) sont contrôlés par le CS à travers le circuit de rétroaction.

Données des dispositifs

• SS1,SS3 (FR 693) sont des interrupteurs à ouverture positive. La valeur du B10 d

est égale à 2.000.000 (voir page 6/32)

• SS2,SS4 (FR 1896) sont des interrupteurs pour charnières à ouverture positive. B10 d

= 5.000.000 (voir page 6/32)

• KM1, KM2 sont des contacteurs utilisés à charge nominale. La valeur du B10 d

=2.000.000 (voir tableau C.1 de l’EN ISO 13849-1)

• CS est un module de sécurité (CS AR-05) avec MTTF d

=147 ans et DC=99%

Hypothèse de fréquence d’utilisation

• 4 fois par heure pour 24 heures/jj pour 365 jj/an, égal à n op

/an = 35.040

• Les contacteurs interviennent pour un nombre double de opérations = 70.080

Calcul MTTFd

• MTTF d

SS1,SS3 = 571 ans; MTTF d

SS2,SS4 = 1.427 ans

• MTTF d

KM1,KM2 = 285 ans

• MTTF d

CS = 147 ans

• MTTF d

Ch1 = 72 ans (SS1,SS3,CS,KM1)

Ch2 = 85 ans (SS2,SS4,CS,KM2)

• MTTF d

: en symétrisant les 2 canaux on obtient MTTF d

= 79 ans (élevée)

Couverture du diagnostic DC avg

• Les contacts de KM1 et KM2 sont contrôlés par CS à travers le circuit de rétroaction. DC=99% (élevée)

• Les contacts auxiliaires des interrupteurs sont tous contrôlés par le PLC. DC=99%

• Le module CS AR-05 a une DC=99% (voir page 6/32)

• La couverture du diagnostic pour tous les deux canaux est de 99% (élevée)

Défaillance de cause commune CCF

• On suppose une valeur > 65 (selon l’annexe F de l’EN ISO 13849-1).

Vériﬁ cation du PL

• Un circuit en catégorie 4 avec MTTF d

=79 ans (élevée) et DC avg

=Elevée correspond à un PL e.

Catalogue Général 2009-2010 page 6 / 3 6

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Introduction à la Sécurité

EXEMPLE 5

Application: Contrôle protections

N / L / +

SS3

SS1

SS4

SS2

A1 S35 S22 S21 S12 S11 S31 13

CS AR-01.....

S33 S34

Start

KM1

KM2

KM1

Norme de référence EN ISO 13849-1:2006

Catégorie de sécurité

Performance Level

3 PL e

SS2

FR 1896

CS AR01....

SS1

FR 693

SS4

FR 1896

SS3

FR 693

Description de la fonction de sécurité

Le signal des dispositifs SS1, SS2 et SS3, SS4 est contrôlé de façon redondante par le module de sécurité CS.

Les interrupteurs ont un principe de fonctionnement différent.

Aussi les contacteurs KM1 et KM2 (avec contacts guidés) sont contrôlés par le CS à travers le circuit de rétroaction.

Données des dispositifs

• SS1,SS3 (FR 693) sont des interrupteurs à ouverture positive. La valeur du B10 d

est égale à 2.000.000 (voir page 6/32)

• SS2,SS4 (FR 1896) sont des interrupteurs pour charnières à ouverture positive. B10 d

= 5.000.000 (voir page 6/32)

• KM1, KM2 sont des contacteurs utilisés à charge nominale. La valeur du B10 d

est égale à 2.000.000 (voir tableau C.1 de l’EN ISO 13849-1)

• CS est un module de sécurité (CS AR-01) avec MTTF d

=147 ans et DC=99%

Hypothèse de fréquence d’utilisation

• 2 fois par heure pour 16 heures/jj pour 365 jj/an, égal à n op

/an = 11.680

• Les contacteurs interviennent pour un nombre double d’opérations = 23.360

Calcul MTTFd

• MTTF d

SS1,SS3 = 1.712 ans

SS2,SS4 = 4.281 ans

• MTTF d

KM1,KM2 = 856 ans

• MTTF d

CS = 147 ans

• MTTF d

CH1 = 109 ans (SS1,SS3,CS,KM1)

• MTTF d

CH2 = 118 ans (SS2,SS3,CS,KM2)

= valeur limitée à 100 ans

Couverture du diagnostic DC avg

• Les contacts de KM1, KM2 sont contrôlés par CS à travers le circuit de rétroaction. DC=99%

• Il n’est pas possible détecter toutes les défaillances dans la série des interrupteurs. DC=60%

• Le module CS AR-01 a une DC=99%

• On suppose une couverture du diagnostic de 92% (Moyenne)

Défaillance de cause commune CCF

• On suppose une valeur > 65 (selon l’annexe F de l’EN ISO 13849-1).

Vériﬁ cation du PL

• Un circuit en catégorie 3 avec MTTF d

=100 ans et DC avg

= moyenne correspond à un PL e.

page 6 / 3 7 Catalogue Général 2009-2010

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Notes

Catalogue Général 2009-2010 page 6 / 3 8

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Introduction à la Sécurité

6 - Ouverture positive, redondance, diversiﬁ cation et autocontrôle

Mode positif et mode négatif

Selon la norme EN 292-2 point 3.5, si un composant mécanique en mouvement entraîne inévitablement un autre composant, par contact direct ou au moyen d’éléments rigides, on dit que ces éléments sont raccordés en mode positif. Quand au contraire le déplacement d’un élément mécanique permet à un deuxième élément de se déplacer librement (par exemple gravité, effet d’un ressort, etc.), le raccordement entre les deux est en mode négatif.

Mode positif Mode négatif

Machine en fonctionnement

Machine arrêtée

Protecteur ouvert

Machine en fonctionnement

Machine arrêtée

Protecteur ouvert

Défaillances dangereuses: la machine continue à fonctionner.

Galet usé

Galet non aligné Contacts collés Ressort endommagé

Le mode positif permet, grâce à un entretien préventif, de se soustraire des défaillances dangereuses schématisées ci-dessus. Avec le mode négatif, au contraire, les défaillances sont internes à l’interrupteur et donc difﬁ cilement détectables.

Avec le mode positif, les défaillances internes (contacts collés ou ressort endommagé) permettent tout de même l’ouverture des contacts et donc l’arrêt de la machine.

R e s s o r t endommagé

M a c h i n e arrêtée

C o n t a c t s collés

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Utilisation des interrupteurs dans les applications de sécurité

Quand un seul interrupteur est utilisé dans une fonction de sécurité, il doit être actionné en mode positif. Pour les applications de sécurité, il faut utiliser le contact d’ouverture (normalement fermé) qui doit toujours être du type à “ouverture positive”, tous les interrupteurs qui reportent le symbole sont équipés de contacts NC à ouverture positive.

Aucun raccordement élastique entre les contacts mobiles et l’actionneur sur lequel est appliquée la force d’actionnement.

S’il y a deux ou plus de deux interrupteurs, il vaut mieux les faire travailler en modes opposés, par exemple :

- Le premier avec un contact normalement fermé (contact d’ouverture) actionné par le protecteur en mode positif.

- L’autre avec un contact normalement ouvert (contact de fermeture), actionné par le protecteur en mode non positif.

Ceci est une pratique commune qui n’exclut pas, lorsque c’est justiﬁ able, l’utilisation de deux interrupteurs actionnés en mode positif (voir diversiﬁ cation).

Diversiﬁ cation

La sécurité dans les systèmes redondants est augmentée par la diversiﬁ cation. Elle s’obtient en appliquant deux interrupteurs avec des diversités de conception et/ou de technologie, de manière à éviter des défaillances dues à la même cause. Les exemples de diversiﬁ cation sont: l’utilisation d’un interrupteur à action positive couplé à un autre à action non positive, d’un interrupteur à commande mécanique couplé à un interrupteur non mécanique (ex. capteur électronique) ou l’utilisation de deux interrupteurs à commande mécanique à action positive, mais avec un principe d’actionnement différent (ex. un interrupteur à clé FR 693 et un interrupteur à levier FR 1896).

Redondance

La redondance est l’utilisation de plus d’un dispositif ou système, pour garantir qu’en cas de défaillance dans les pièces d’un de ces derniers, un autre soit disponible pour effectuer ces fonctions de sécurité. Si la première défaillance n’est pas détectée, l’apparition d’une deuxième pourra entraîner la perte de la fonction de sécurité.

Autocontrôle

L’autocontrôle consiste à vériﬁ er automatiquement le fonctionnement de tous les dispositifs qui interviennent dans le cycle de la machine. Par conséquent, le cycle suivant peut être interdit ou autorisé.

Redondance et autocontrôle

La combinaison en système de la redondance et de l’autocontrôle fait que la première défaillance dans le circuit de sécurité n’entraîne pas la perte des fonctions de sécurité. Cette première défaillance sera détectée au démarrage suivant ou dans tous les cas avant qu’une deuxième défaillance ne se manifeste, ce qui alors pourrait entraîner la perte de la fonction de sécurité.

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Notions techniques

Déﬁ nitions selon les normes EN 60947-1 et EN 60947-5-1

Auxiliaires de commande

Dispositifs ou mécanismes de manœuvre avec la fonction de commander les opérations des appareillages, y compris les signalisations, les interverrouillages, etc.

Éléments de contact inverseur

Combinaison d’éléments de contact qui inclut un élément de contact de stabilisation et un de coupure.

Catégorie d’utilisation

Combinaison de conditions spéciﬁ ques relatives à la condition dans laquelle le dispositif de manœuvre exerce sa fonction.

Éléments de contact électriquement séparés

Éléments de contact appartenant au même auxiliaire de commande, mais convenablement isolés entre eux de manière à pouvoir être raccordés dans des circuits de différentes tensions.

Cycle de fonctionnement

Succession de deux opérations, une d’ouverture et une de fermeture.

Courant nominal

Courant qui tient compte de la tension nominale d’utilisation, de la fréquence nominale, de la catégorie d’utilisation et du type de l’enveloppe, si elle existe.

Courant thermique Ith

Courant maximum à utiliser lors des essais d’échauffement des appareils sans enveloppe, à l’air libre. Sa valeur doit être au moins

égale à la valeur maximum du courant nominal d’utilisation de l’appareil sans enveloppe dans un service de huit heures.

Durée électrique

Nombre de cycles de fonctionnement sous charge, dans les conditions de service dans la norme de produit correspondante, qui peuvent être effectués sans réparations ou remplacements.

Durée mécanique

Nombre de cycles de fonctionnement à vide (c’est-à-dire sans courant dans les principaux contacts), dans les conditions de service dans la norme de produit correspondante, qui peuvent être effectués sans réparations ou remplacements de pièces mécaniques.

Éléments de contact

Pièces ﬁ xes ou mobiles, conductrices ou isolantes, d’un auxiliaire de commande nécessaires pour fermer ou ouvrir un parcours conducteur dans un circuit.

Éléments de contact à rupture simple

Élément de contact qui ouvre ou ferme le tronçon conducteur de son circuit en un seul point.

Éléments de contact à double rupture

Élément de contact qui ouvre ou ferme le tronçon conducteur de son circuit en deux points placés en série.

Élément de contact de stabilisation (normalement ouvert)

Élément de contact qui ferme un tronçon de circuit conducteur quand l’auxiliaire de commande est actionné.

Élément de contact de coupure (normalement fermé)

Élément de contact qui ouvre un tronçon de circuit conducteur quand l’auxiliaire de commande est actionné.

Éléments de contact à action indépendante (rupture brusque)

Élément de contact d’un dispositif pour circuits de commande manuelle ou automatique, dont la vitesse de mouvement du contact est pratiquement indépendante de la vitesse du mouvement de l’actionneur.

Éléments de contact à action dépendante (rupture lente)

Élément de contact d’un dispositif pour circuits de commande manuelle ou automatique, dont la vitesse de mouvement du contact dépend de la vitesse du mouvement de l’actionneur.

Force d’actionnement minimum

Valeur minimum de la force à appliquer à l’actionneur pour que tous les contacts atteignent la position de commutation.

Interrupteur de position

Auxiliaire de commande dont le système de commande est actionné par une pièce mobile de la machine, quand cette pièce atteint une position déterminée.

Interrupteurs à pédale

Auxiliaire de commande avec un actionneur devant être actionné par la force exercée par un pied.

Pré-course de l’actionneur

Course maximum de l’actionneur qui n’entraîne pas le mouvement des éléments de contact.

Température ambiante

Température, déterminée dans des conditions stables, de l’air autour du dispositif de manœuvre.

Tension nominale d’utilisation Ue

Tension qui, avec le courant nominal d’utilisation Ie, déﬁ nit l’utilisation de l’appareil et à laquelle la catégorie d’utilisation se réfère.

Tension nominale d’isolement Ui

Tension à laquelle se réfère la tension de l’essai diélectrique et les distances d’isolement superﬁ ciel.

Bloc de contact

Élément de contact ou combinaison d’éléments de contact pouvant

être associé à des blocs similaires actionnés par un système actionneur commun.

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Marquage et marques de qualité

Marquage CE

Le marquage CE est une déclaration obligatoire, synthétique, délivrée par le constructeur d’un produit pour indiquer que ce produit répond à toutes les conditions prévues par les directives (réglementées par la Communauté Européenne) en fait de sécurité et qualité. Sa fonction est donc celle d’assurer aux autorités publiques des Pays Communautaires, la satisfaction aux obligations législatives.

Marque IMQ

L’IMQ (Istituto Italiano del Marchio di Qualità) est l’organisme italien (tiers et indépendant) qui a la charge de vériﬁ er et de certiﬁ er la conformité du matériel et des appareils aux normes de sécurité (normes CEI pour le secteur électrique et électronique).

L’obtention de la certiﬁ cation volontaire de conformité est une garantie de qualité et de sécurité et a toujours une valeur technique.

prises par les UL sont souvent retenues valables par différentes autorités gouvernementales comme conformité à des décrets locaux en matière de sécurité.

Marque CCC

Le CQC est l’organisme de la République Populaire Chinoise responsable des vériﬁ cations et des certiﬁ cations du matériel électrique à basse tension. Cet organisme délivre la marque de produit CCC qui certiﬁ e la réussite des essais de conformité

électriques/mécaniques par les produits et la correspondance du système de qualité d’entreprise aux standards prévus. Pour l’obtention de la marque, l’organisme chinois effectue des visites d’entreprise préliminaires et des visites d’inspection périodiques de vériﬁ cation.

Les interrupteurs de position ne peuvent pas être vendus sur le territoire chinois sans cette marque.

Marque EZU

L’EZU est l’organisme de la République Tchèque (tiers et indépendant) qui a la tâche de vériﬁ er et de certiﬁ er la conformité du matériel et des appareils aux normes de sécurité. L’obtention de la certiﬁ cation volontaire de conformité est une garantie de qualité et de sécurité et a toujours une valeur technique.

Marque UL

UL (Underwriters Laboratories Inc.) est une organisation de laboratoires indépendants, à but non lucratif, créée pour évaluer les matériels, dispositifs, produits, équipements, constructions, méthodes et systèmes en fonction de leur risque pour la vie humaine et pour les biens, selon les normes en vigueur aux États-Unis. Les décisions

Normes internationales, européennes et italiennes

EN 50041: Appareillage industriel à basse tension. Auxiliaires de commande. Interrupteurs de position 42,5x80 mm. Dimensions et caractéristiques.

EN 50047: Appareillage industriel à basse tension. Auxiliaires de commande. Interrupteurs de position 30x55 mm. Dimensions et caractéristiques.

EN 1088: Sécurité de la machine. Dispositifs d’interverrouillage associés aux protecteurs. Principes de conception et de choix.

EN ISO 14119: Sécurité de la machine. Dispositifs d’interverrouillage associés aux protecteurs. Principes de conception et de choix.

EN ISO 12100-1: Sécurité de la machine. Concepts fondamentaux, principes généraux de conception. Partie 1: terminologie fondamentale, méthodologie.

EN ISO 12100-2: Sécurité de la machine. Concepts fondamentaux, principes généraux de conception. Partie 2: principes techniques.

EN 1050 : Sécurité des machines. Principes pour l’appréciation du risque.

EN ISO 13849-1: Sécurité des machines. Pièces de systèmes de commande relatives à la sécurité. Partie 1: principes généraux de construction.

EN ISO 13850: Sécurité de la machine. Dispositifs d’arrêt d’urgence, aspects fonctionnels. Principes de conception.

EN 61000-6-3 (équivalente à IEC 61000-6-3): Compatibilité électromagnétique. Norme générique sur l’émission. Partie 1: environnements résidentiels, commerciaux et de l’industrie légère.

EN 61000-6-2 (équivalente à IEC 61000-6-2): Compatibilité électromagnétique. Norme générique sur l’immunité. Partie 2: environnements industriels.

EN 999: Sécurité de la machine. Positionnement des dispositifs de protection en fonction des vitesses de rapprochement de pièces du corps.

EN 1037: Sécurité de la machine. Prévention du démarrage inattendu.

EN 574: Sécurité de la machine. Dispositifs de commande bimanuelle. Aspects fonctionnels. Principes pour la conception.

EN 6094-1 (équivalente à IEC 60947-1): Appareillage à basse tension. Partie 1: règles générales.

EN 60947-5-1 (équivalente à IEC 60947-5-1): Appareillage à basse tension. Partie 5: dispositifs pour circuits de commande et éléments de manœuvre. Section 1: dispositifs électromécaniques pour circuits de commande.

EN 60204-1 (équivalente à IEC 60204-1): Sécurité de la machine. Équipement électrique des machines. Partie 1: règles générales.

EN 60529 (équivalente à IEC 60529): Degré de protection des enveloppes (codes IP).

CENELEC EN 50013: Appareillage industriel avec une tension max. de 1.000 VAC et à 1.200 VDC. Caractérisation des bornes et nombre caractéristique pour auxiliaire de commande particuliers.

EN 62326-1 (équivalente à IEC 62326-1): Cartes imprimées. Partie 1: spéciﬁ cation générique

EN 60664-1 (équivalente à IEC 60664-1): Coordination de l’isolation pour les appareils dans les systèmes à basse tension

Partie 1: principes, prescriptions et essais.

EN 61508 (équivalente à EN 61508): Sécurité fonctionnelle des systèmes électriques, électroniques et électroniques programmables pour applications de sécurité.

EN 62061 (équivalente à EN 62061): Sécurité des machines – Sécurité fonctionnelle des systèmes de commande et contrôle électriques,

électroniques et électroniques programmables relatifs à la sécurité.

EN 50014: Constructions électriques pour atmosphères potentiellement explosives. Règles générales

EN 50020: Constructions électriques pour atmosphères potentiellement explosives. Sécurité intrinsèque “i”

EN 50021: Constructions électriques pour atmosphères potentiellement explosives. Mode de protection “n”.

EN 50281-1-1: Constructions électriques destinées aux environnements avec présence de poussière combustible. Partie 1-1: construction et test.

NFC 63-140: Auxiliaires de commande. Prescriptions générales (Standard français).

BG-GS-ET-15: Dispositions pour l’essai des interrupteurs à ouverture forcée à utiliser pour fonctions de sécurité (Standard allemand).

VDE 0660-200: Dispositifs de commande et de contrôle. Dispositifs de commande et de contrôle à basse tension. Interrupteurs de contrôle.

Conditions générales (Standard allemand).

VDE 0113: Spéciﬁ cations pour équipement électrique de machines pour la production et l’usinage avec une tension nominale allant jusqu’à

1000V. (Standard allemand).

UL 508: Normes pour équipement de contrôle industriel (Standard américain).

CSA 22-2 nr.14-95: Normes pour équipement de contrôle industriel (Standard canadien).

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Notions techniques

Directives européennes

2006/95/CE Directive sur les appareils électriques à basse tension

2004/108/CE Directive sur la compatibilité électromagnétique

Organismes de normalisation

CEI

CSA

Comitato Elettrotecnico Italiano (I)

Canadian Standard Association (CAN)

CENELEC

Comité Européen de Normalisation Electrotechnique

IEC

International Electrotechnical Commission

VDE

UNI

Normes Françaises (F)

Verband Deutscher Elektrotechniker (D)

Ente Nazionale Italiano di Uniﬁ cazione (I)

Underwriter’s Laboratories (USA)

Degré de protection des enveloppes pour matériel électrique selon la norme IEC 529

Le tableau ci-contre indique les degrés de protection selon les normes IEC 529, EN 60529, CEI 70-1.

Les degrés sont identiﬁ és par le sigle IP suivi de 2 chiffres auxquels peuvent s’ajouter 2 lettres indiquant le degré de protection envers les personnes ou autres caractéristiques. Le premier chiffre caractérise le degré de pénétration des solides. Le deuxième, au contraire, identiﬁ e le degré de pénétration des liquides.

1er chiffre

Description

Signiﬁ cation pour la protection de l’appareillage

Signiﬁ cation pour la protection des personnes

2e chiffre Description

Signiﬁ cationpour la protection de l’appareillagera

≥

50 mm

≥

12 mm

Non protégé Non protégé

Protégé contre les corps solides de dimensions supérieures à 50 mm

Contre l’accès aux parties dangereuses avec le dos de la main (Ø 50 mm)

Protégé contre les corps solides de dimensions supérieures à 12 mm

Contre l’accès aux parties dangereuses avec le doigt (Ø12 mm)

≥

2.5 mm

Protégé contre les corps solides de dimensions supérieures à 2,5 mm

Contre l’accès aux parties dangereuses avec un outil (Ø 2,5 mm)

≥

1 mm

Protégé contre les corps solides de dimensions supérieures à 1 mm

Contre l’accès aux parties dangereuses avec un ﬁ l (Ø 1 mm)

Protégé contre la poussière

Contre l’accès aux parties dangereuses avec un ﬁ l (Ø 1 mm)

Complètement protégé contre la poussière

Contre l’accès aux parties dangereuses avec un ﬁ l (Ø 1 mm)

15°

60°

Non protégé

Protégé contre la chute verticale de gouttes d’eau

Protégé contre la chute de gouttes d’eau avec inclinaison max. 15°

Protégé contre l’eau qui tombe en pluie avec inclinaison max. 60°

Protégé contre les

éclaboussures d’eau provenant de toutes les directions

Protégé contre les jets d’eau provenant de toutes les directions

Protégé contre les jets d’eau puissants provenant de toutes les directions (ex. vagues)

Protégé contre l’immersion temporaire

(30 minutes à un mètre de profondeur)

Protégé contre l’immersion continue

(submersion) page 6 / 4 3 Catalogue Général 2009-2010

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Caractéristiques du boîtier selon approbation UL (norme UL 508) et CSA (C22-2 nr.14)

Type

Les caractéristiques demandées à un boîtier sont déterminées par une désignation spéciﬁ que de type environnemental et d’autres caractéristiques telles que le type de garniture ou l’utilisation de solvants.

Destination d’utilisation et description

Principalement pour usage externe, pourvu d’une protection contre le contact avec le mécanisme interne et contre une quantité limitée saleté en chute.

Usage interne et externe, pourvu d’un degré de protection contre la pluie qui tombe, les éclaboussures d’eau et l’eau directe provenant d’un tuyau. Qui ne s’abîme pas suite à la formation de glace sur le boîtier. Résiste à la corrosion.

Usage interne, pourvu d’un degré de protection contre la poussière, la saleté, les ﬁ bres volantes, l’eau qui goutte et la condensation de liquides non corrosifs.

Usage interne, pourvu d’un degré de protection contre la gaze (efﬁ lochure), inﬁ ltration de poussière, condensation externe et arrosage (spray) d’eau, huile et liquides non corrosifs.

Degré de pollution selon la norme IEC 947-1 (des conditions ambiantes)

Selon la norme IEC 947-1, le degré de pollution est un chiffre conventionnel basé sur la quantité de poussière conductrice hygroscopique, gaz ionisé ou sel, sur l’humidité relative et sur la fréquence à laquelle elle se vériﬁ e, qui se traduit en absorption hygroscopique ou condensation d’humidité ayant pour effet une réduction de la rigidité diélectrique et/ou résistivité superﬁ cielle. Pour les appareils destinés à l’utilisation en enveloppe ou pourvus d’enveloppe faisant partie intégrante de l’appareil, on considère le degré de pollution à l’intérieur de l’enveloppe. Dans le but d’évaluer les distances d’isolement en air superﬁ ciel, on établit les quatre degrés de pollution suivants:

Degré

Destination

Il n’existe aucune pollution ou il existe seulement une pollution sèche et non conductible.

Normalement, il y a seulement la présence de pollution non conductible. De temps en temps, toutefois, il peut y avoir une conductivité temporaire provoquée par la condensation.

Il existe une pollution conductible, ou bien une pollution sèche non conductible qui devient conductible à cause de la condensation.

La pollution entraîne une conductivité persistante à cause, par exemple, de poussière conductible ou de pluie ou de neige.

Sauf en cas d’indication contraire dans la norme de produit correspondante, les appareils pour les applications industrielles sont généralement destinés à l’utilisation dans des environnements avec des degrés de pollution 3. Toutefois, d’autres degrés peuvent être considérés en fonction du micro-environnement ou d’applications particulières.

Utilisation en courant alternatif et continu d’appareils auxiliaires selon CEI EN 60947-5 et IEC 947-5

Utilisation en courant alternatif

C a t é g o r i e d’utilisation

Destination

AC12

AC13

AC14

AC15

Commande de charges résistives et statiques isolées avec coupleurs optiques

Commande de charges statiques isolées avec transformateurs

Commande d’électroaimants, dont la puissance est inférieure à 72 VA

Utilisation en courant continu

C a t é g o r i e d’utilisation

Destination

DC12

DC13

DC14

Commande de charges résistives et statiques isolées avec coupleurs optiques

Commande d’électroaimants sans résistance d’économie

Commande d’électroaimants avec résistance d’économie

Catalogue Général 2009-2010 page 6 / 4 4

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