Interrupteur de sécurité | EMEA
Interrupteurs de verrouillage
Dans de nombreux cas, des accidents graves peuvent se produire lorsque des personnes s'approchent de machines et d'équipements en fonctionnement. Il est donc nécessaire d'assurer la sécurité en isolant les personnes des machines et équipements en fonctionnement. D'autre part, il arrive que des travaux doivent être effectués à l'intérieur des machines et des équipements, tels que la maintenance, la configuration et le nettoyage. Dans ces cas, la sécurité doit être assurée en arrêtant complètement la machine avant d'entrer dans les machines et les équipements (figure 1). C'est ce qu'on appelle la protection par isolation et par arrêt, et c'est le concept de base pour assurer la sécurité des machines et des équipements.
Les interrupteurs de verrouillage (parfois appelés dispositifs de verrouillage de porte ou dispositifs de verrouillage de protection) sont installés sur la porte avant des machines-outils ou sur la partie porte du dispositif de protection des robots industriels afin de détecter l'ouverture et la fermeture de la porte (Figure 2).
En d'autres termes, il s'agit d'un élément du système de commande lié à la sécurité qui permet à la machine de fonctionner uniquement lorsque la porte est fermée et la maintient à l'arrêt lorsque la porte est ouverte.
Commande par interrupteurs à verrouillage
Il existe deux types d'interrupteurs de verrouillage : le type sans verrouillage, qui permet d'ouvrir la porte à tout moment quel que soit l'état de la machine, et le type verrouillé, qui permet d'ouvrir la porte uniquement lorsque certaines conditions sont remplies.
Tout d'abord, l'interrupteur de verrouillage de base sans verrouillage est illustré ci-dessous. L'interrupteur de verrouillage présente une structure dans laquelle le corps de l'interrupteur et l'actionneur associé sont séparés, comme illustré à la figure 2.
Le corps de l'interrupteur est monté sur la machine et l'actionneur associé est monté sur la porte. Le contact interne du corps de l'interrupteur s'active et se désactive en fonction de l'ouverture et de la fermeture de la porte (selon que l'actionneur est inséré ou non dans le corps de l'interrupteur de verrouillage), et le signal est transmis sous forme d'information sur l'ouverture et la fermeture de la porte.
La figure de gauche de la figure 3 montre l'état du commutateur de verrouillage lorsque la porte est fermée, et la figure de droite montre l'état du commutateur de verrouillage lorsque la porte est ouverte.
Comme le montre la figure de gauche, lorsque la porte est fermée, l'actionneur monté sur la porte fait tourner la came interne et le contact NC s'active sous l'effet de la force du ressort, ce qui provoque la circulation du courant dans le circuit. Dans cet état, le système de commande détermine que la porte est fermée et que la machine est prête à fonctionner.
En revanche, lorsque la porte est ouverte, comme le montre la figure de droite, l'actionneur fait tourner la came interne et le contact NC est poussé vers le bas par la came pour se désactiver, coupant ainsi le courant dans le circuit. Dans cet état, le système de commande détermine que la porte est ouverte et met la machine en état d'arrêt. Comme cet état d'arrêt est maintenu, la machine ne démarre pas même si le commutateur de démarrage est utilisé.
Caractéristiques structurelles du commutateur d'enclenchement
Voici une description des caractéristiques structurelles du commutateur de verrouillage.
Protection contre le contournement des commutateurs de verrouillage
Du point de vue de la sécurité, un interrupteur de verrouillage détecte l'état d'ouverture/fermeture de la porte afin que la machine ne puisse fonctionner que lorsque la porte est fermée. Cependant, il arrive que l'interrupteur de verrouillage soit contourné et désactivé afin que la machine continue de fonctionner avec la porte ouverte, par exemple parce qu'il est fastidieux d'ouvrir et de fermer la porte à chaque fois qu'une pièce est chargée ou déchargée, ou parce que l'opérateur souhaite effectuer des réglages pendant que la machine fonctionne. Il s'agit d'une situation extrêmement dangereuse où un accident grave peut survenir à tout moment.
Pour éviter ce type de désactivation de l'interrupteur de verrouillage, comme le montre la figure 4, celui-ci est conçu de manière à ne pas pouvoir être désactivé par des vis, des aiguilles ou des morceaux de tôle autres que des actionneurs appariés, ou par des outils et objets courants tels que des clés, des pièces de monnaie et des tournevis.
Outre ce qui précède, d'autres considérations doivent être prises en compte lors du montage du corps de l'interrupteur de verrouillage et de l'actionneur associé sur la machine afin d'empêcher leur contournement.
Les exigences en matière de protection contre le contournement sont définies dans la norme ISO 14119 : Sécurité des machines — Dispositifs de verrouillage associés aux protecteurs — Principes de conception et de sélection. Le lien suivant explique cette norme, veuillez donc également lire ces informations.
Action d'ouverture directe
Afin d'assurer la sécurité des opérateurs et du personnel de maintenance qui accèdent à l'intérieur de la machine, lorsque la porte est ouverte, le contact NC à l'intérieur du commutateur de verrouillage doit être ouvert pour couper le circuit et arrêter la machine.
Pour cette raison, le contact NC intégré à l'interrupteur de verrouillage doit être équipé d'une action d'ouverture directe. Cette action d'ouverture directe est une fonction dans laquelle la force nécessaire pour ouvrir la porte est directement transmise comme force d'ouverture du contact NC, car l'espace entre l'actionneur et le contact NC est composé uniquement de matériaux structurels non élastiques. Ainsi, même si un contact NC avec action d'ouverture directe est soudé (état dans lequel la surface de contact fond puis refroidit et adhère en raison d'un courant d'appel dépassant la capacité lors de l'ouverture et de la fermeture du contact), l'ouverture de la porte ouvrira tous les contacts NC et la machine pourra être arrêtée.
Les contacts NC avec cette action d'ouverture directe sont marqués du symbole en forme de flèche illustré à la figure 5.
Sélection d'un modèle en fonction de la nécessité de verrouiller la porte
Il existe deux principaux types de commutateurs de verrouillage : sans verrouillage et avec verrouillage. Il existe également deux types de commutateurs avec verrouillage : les commutateurs avec verrouillage à des fins de sécurité (type à ressort) et les commutateurs avec verrouillage à des fins autres que la sécurité (type à solénoïde).
Pour ces trois types, la figure 6 indique quand choisir chaque type de commutateur de verrouillage.
Comme le montre la figure 6 (1), si les parties mobiles dangereuses de la machine s'arrêtent immédiatement lorsque la porte est ouverte et si la porte n'a pas besoin d'être verrouillée, choisissez l'interrupteur de verrouillage non verrouillable décrit jusqu'à présent. Comme le montre la figure 6 (2), si la porte n'a pas besoin d'être verrouillée pour des raisons de sécurité car les parties mobiles dangereuses de la machine s'arrêtent immédiatement lorsque la porte est ouverte, mais que la porte doit être verrouillée pour des raisons de production ou autres, sélectionnez un interrupteur de verrouillage à solénoïde (type à verrouillage à des fins non sécuritaires).
Cliquez ici pour plus de détails sur les interrupteurs de verrouillage à solénoïde
Comme le montre la figure 6 (3), si les parties mobiles dangereuses de la machine ne s'arrêtent pas immédiatement lorsque la porte est ouverte et qu'il existe un risque de blessure pour les personnes en raison d'un fonctionnement par inertie ou de dangers similaires, choisissez un interrupteur de verrouillage à ressort (type à verrouillage à des fins de sécurité).
Cliquez ici pour plus de détails sur les interrupteurs de verrouillage à ressort
Applications pour les interrupteurs à verrouillage à ressort
La figure 7 montre un exemple d'interrupteur à verrouillage à ressort monté sur la porte d'une machine-outil. Il est principalement installé sur des machines qui ont une grande inertie et ne peuvent pas être arrêtées immédiatement. La porte est verrouillée de manière sécurisée pendant que la machine est en marche, et elle ne peut être ouverte qu'après l'arrêt complet de la machine.
Cela permet d'éviter tout risque de blessure lié à la décélération de la machine. Les interrupteurs à verrouillage à ressort sont principalement utilisés sur les machines présentant un risque élevé de dangers mécaniques, telles que les grands centres d'usinage et les tours qui continuent à fonctionner même après l'émission du signal d'arrêt, et les robots industriels qui continuent à se déplacer jusqu'à la fin du cycle même après l'émission du signal d'arrêt. Outre les dangers mécaniques, ces interrupteurs sont également utilisés pour isoler les dangers thermiques et autres dangers qui nécessitent du temps pour réduire le risque.
Caractéristiques de sécurité des interrupteurs à verrouillage à ressort
Le fonctionnement de base du verrouillage et du déverrouillage d'un interrupteur à verrouillage à ressort est illustré à la figure 8.
Comme le montre la figure de gauche de la figure 8 ci-dessus, lorsque la porte est fermée et que l'actionneur est inséré, la tige se déplace vers la gauche sous l'effet de la force du ressort de compression et se verrouille dans le renfoncement de la came. Dans cet état, la came ne peut pas tourner à cause de la tige, de sorte que l'actionneur ne peut pas être retiré et que la porte est verrouillée. Pour déverrouiller, comme le montre la figure de droite, un courant est appliqué au solénoïde afin de générer une force magnétique. Lorsque la force magnétique générée dépasse la force du ressort de compression, la tige se déplace vers la droite et le verrouillage est libéré, permettant à la came de tourner.
L'utilisation de ce type de mécanisme de verrouillage/déverrouillage répond à des raisons de sécurité. En effet, ce mécanisme tient compte de la possibilité de coupures de courant imprévues et de déconnexions de câbles. Si le verrou était déverrouillé en raison d'une coupure de courant imprévue ou d'une déconnexion des fils, un opérateur pourrait se retrouver coincé dans le fonctionnement en roue libre d'une machine à forte inertie qui ne pourrait pas s'arrêter immédiatement, ce qui entraînerait un accident. Lorsqu'un interrupteur de verrouillage à ressort est utilisé, même en cas de coupure de courant imprévue ou de déconnexion des fils, le solénoïde ne peut pas être alimenté, et il ne peut donc pas être déverrouillé et la porte ne peut pas être ouverte.
Par conséquent, aucun accident ne se produira du fait qu'une personne se retrouve coincée dans la machine pendant son fonctionnement en roue libre. Pour les machines présentant un risque élevé en raison de leur fonctionnement en roue libre, des interrupteurs de verrouillage à ressort doivent être utilisés afin de garantir la sécurité en cas de coupure de courant imprévue ou de déconnexion des câbles.
Structure des interrupteurs de verrouillage à ressort
La structure standard d'un interrupteur de verrouillage à ressort est illustrée à la figure 9.
La moitié gauche de la figure 9 est presque identique à la structure d'un interrupteur de verrouillage non verrouillé. Lorsque la porte est ouverte ou fermée, la came tourne en conjonction avec l'actionneur monté sur la porte pour ouvrir ou fermer le contact C afin de détecter l'ouverture ou la fermeture de la porte, et cette action ouvre ou ferme le circuit entre la borne 1 et la borne 2.
D'autre part, la moitié droite de la figure 9 est la partie qui contrôle le verrouillage et le déverrouillage de la porte. La figure 9 montre l'état lorsque le solénoïde est désexcité (aucune tension n'est appliquée) et que la tige B est verrouillée par le ressort de compression F pour s'engager dans le logement de la came. Pour faire fonctionner la machine, la porte doit être fermée et également verrouillée, comme le montre la figure 9. Ainsi, en connectant le contact C et le contact D en série, la machine ne fonctionne que lorsque les deux sont activés.
Interrupteurs à verrouillage à ressort et ouverture/fermeture de porte
La figure 10 montre la relation entre un interrupteur à verrouillage à ressort et l'ouverture et la fermeture d'une porte.
État 1
La porte est fermée et verrouillée, et la machine est opérationnelle. En regardant plus en détail, l'actionneur est inséré dans le corps de l'interrupteur, et donc le contact NC de la section C est fermé. Le solénoïde n'est pas excité, la tige est verrouillée par la force du ressort de compression s'engageant dans le renfoncement de la came, et le contact NC de la section C est également fermé. En conséquence, le courant circule de la borne 1 à la borne 2. Cela signifie que la porte est fermée et verrouillée, et que la machine est opérationnelle (état de sécurité).
État 2
La machine s'est arrêtée et la porte est déverrouillée. Après avoir détecté séparément que la machine s'est arrêtée en raison de la fin de la décélération ou d'un autre mouvement, le solénoïde est excité et le contact NF de la section D est ouvert. En conséquence, le courant entre la borne 1 et la borne 2 est interrompu et la machine est hors service. Notez que le solénoïde a été excité et que la porte a été déverrouillée, de sorte que la porte peut être ouverte.
État 3
La porte est ouverte. L'actionneur a été retiré, et le contact NC de la section C a donc été ouvert par la tige. La rotation de la came maintient la tige en position ouverte du contact NC de la section D, quel que soit l'état d'excitation du solénoïde. Ainsi, lorsque la porte est ouverte, le contact NC de la section C et le contact NC de la section D sont tous deux ouverts afin de maintenir la machine à l'arrêt avec une grande fiabilité.
Ensuite, pour redémarrer la machine, la porte est fermée pour la ramener à l'état 1. Cependant, à quelques exceptions près, le simple fait de fermer la porte et de laisser la machine fonctionner peut entraîner des accidents imprévus. Il est donc nécessaire de s'assurer que la machine ne peut être redémarrée qu'en appuyant sur un autre bouton de démarrage situé dans un endroit sûr, après que l'opérateur ait vérifié la sécurité de la zone environnante.
Applications pour les interrupteurs à verrouillage à solénoïde
La figure 11 montre un exemple d'interrupteur de verrouillage installé sur la porte d'une machine-outil. Les portes doivent être fermées pendant le fonctionnement de la machine afin d'isoler les personnes des dangers potentiels. Si la machine s'arrête dès que la porte est ouverte, il n'est pas nécessaire de verrouiller la porte pour des raisons de sécurité. Cependant, il peut être nécessaire de verrouiller la porte pour des raisons de production, par exemple pour éviter d'arrêter inutilement la chaîne de production ou pour éviter d'endommager la pièce en cours d'usinage et de la mettre au rebut, même s'il est possible d'ouvrir la porte en toute sécurité car la machine s'arrête dès que la porte est ouverte.
Caractéristiques de sécurité des interrupteurs de verrouillage à solénoïde
Le fonctionnement de base du verrouillage et du déverrouillage d'un interrupteur de verrouillage à solénoïde est illustré à la figure 12. Pour verrouiller la porte, le solénoïde est alimenté en électricité après la fermeture de la porte et l'insertion de l'actionneur. La force électromagnétique provoque le verrouillage de la tige dans le logement de la came contre la force du ressort de compression. Lorsque l'alimentation électrique est coupée, la tige se déplace dans la direction opposée à la came (vers la droite sur la figure 12) sous l'effet de la force du ressort de compression, et la porte est déverrouillée.
En cas de coupure de courant imprévue ou de déconnexion du câble alors que la porte est fermée et verrouillée, le verrouillage sera désactivé en coupant l'alimentation électrique du solénoïde, et la porte pourra être ouverte. Par conséquent, l'utilisation erronée d'un interrupteur de verrouillage à solénoïde sur une machine présentant un risque de fonctionnement par inertie est extrêmement dangereuse, car lorsque l'opérateur ouvre la porte pour vérifier l'état interne de la machine en cas de coupure de courant ou de déconnexion du câble, un accident peut se produire si la machine fonctionne par inertie. Ainsi, les interrupteurs de verrouillage à solénoïde ne peuvent être utilisés que sur des machines qui ne fonctionnent pas par inertie et qui s'arrêtent immédiatement lorsqu'elles reçoivent un signal d'arrêt.
Interrupteurs de verrouillage à solénoïde et ouverture/fermeture de porte
La figure 13 montre la relation entre un interrupteur de verrouillage à solénoïde et l'ouverture et la fermeture d'une porte.
État 1
La porte est fermée et verrouillée, et la machine est opérationnelle. En regardant plus en détail, l'actionneur est inséré dans le corps de l'interrupteur, et donc le contact NC de la section C est fermé. De plus, le solénoïde est excité et la tige est verrouillée contre la force du ressort de compression en s'engageant dans le renfoncement de la came, et le contact NC de la section D est fermé. En conséquence, le courant circule de la borne 1 à la borne 2. Cela signifie que la porte est fermée et verrouillée, et que la machine est opérationnelle (état de sécurité).
État 2
Le solénoïde est désexcité, de sorte que la tige est libérée de l'évidement de la came par le ressort de compression, et que la came peut tourner. Dans cet état, le contact NC de la section D est ouvert. En conséquence, le courant entre la borne 1 et la borne 2 est interrompu et la machine est hors service. La porte a été déverrouillée et peut donc être ouverte.
État 3
La porte est ouverte. L'actionneur a été retiré et le contact NC de la section C a donc été ouvert. La rotation de la came maintient la tige en position ouverte du contact NC de la section D, quel que soit l'état d'excitation du solénoïde. Ainsi, lorsque la porte est ouverte, le contact NC de la section C et le contact NC de la section D sont tous deux ouverts afin de maintenir la machine à l'arrêt avec une grande fiabilité.
Ensuite, pour redémarrer la machine, le solénoïde doit être excité après la fermeture de la porte afin de verrouiller celle-ci et de la ramener à l'état 1.
Notes d'installation pour les interrupteurs de verrouillage
Il y a certains points à prendre en compte lors de l'installation d'un interrupteur de verrouillage sans blocage, d'un interrupteur de verrouillage à solénoïde ou d'un interrupteur de verrouillage à ressort sur une machine.
Par exemple, il doit y avoir un espace approprié entre l'actionneur et le corps de l'interrupteur lorsque la porte est fermée, ou un butoir spécial doit être installé sur la porte (Figure 14). Cela permettra d'éviter que l'actionneur ou la porte elle-même n'entre en collision avec le corps de l'interrupteur de verrouillage, ce qui pourrait décaler la position de montage ou endommager l'interrupteur. Il faut également tenir compte du rebond de la porte dû au recul lorsque celle-ci est fermée avec force. En effet, le rebond de la porte peut entraîner les situations suivantes.
Pour les interrupteurs de verrouillage non verrouillables, le rebond de la porte applique une force sectionnelle à la came interne de l'interrupteur de verrouillage, provoquant l'ouverture d'un seul côté des contacts NC doubles. En conséquence, cela serait incorrectement reconnu comme une défaillance et la machine serait hors service.
Pour les interrupteurs de verrouillage, le rebond de la porte applique une force au mécanisme de verrouillage, ce qui génère une force de frottement sur le mouvement de la tige, et la porte ne peut pas être ouverte car la tige ne bouge pas même lorsque l'on tente de la déverrouiller.
Pour les interrupteurs de verrouillage, le rebond répété de la porte applique une force répétée au mécanisme de verrouillage, ce qui pourrait endommager le mécanisme de verrouillage et/ou le mécanisme d'ouverture/fermeture des contacts NC.
Conditions dans lesquelles la machine peut être utilisée
Pour fonctionner, la machine doit remplir deux conditions : la porte doit être fermée et verrouillée. Par exemple, comme le montre la figure 9, ces conditions peuvent être remplies en connectant en série le contact permettant de détecter l'ouverture/la fermeture de la porte et le contact permettant de détecter le verrouillage/déverrouillage.
Bien sûr, cette méthode est adéquate du point de vue de la sécurité, mais elle nécessite deux contacts NC, l'un pour détecter l'ouverture/la fermeture de la porte et l'autre pour détecter le verrouillage/déverrouillage.
D'autre part, certains produits sont équipés de contacts NF intégrés à la structure même de l'interrupteur de verrouillage, qui ne s'activent que lorsque la porte est fermée et verrouillée. Si ces produits sont utilisés, la taille de l'interrupteur de verrouillage peut être relativement petite, car un seul contact NF est nécessaire, et le coût peut être réduit, car le nombre de contacts est faible. Ces contacts NC, qui ne s'activent que lorsque la porte est fermée et verrouillée, sont indiqués par le symbole de surveillance du verrouillage illustré à la figure 15. Les contacts NC portant ce symbole de surveillance du verrouillage peuvent être utilisés dans la partie du système de commande liée à la sécurité pour servir de condition de sécurité pour le fonctionnement de la machine.
Cependant, il y a un autre point à prendre en compte si l'on utilise ce contact NC avec symbole de surveillance du verrouillage comme condition de sécurité à lui seul.
Que se passe-t-il en cas de rupture du mécanisme de verrouillage ? Par exemple, si une force statique supérieure à la valeur spécifiée par le fabricant pour la résistance à l'arrachement de l'actionneur au moment du verrouillage est appliquée à un interrupteur de verrouillage en position verrouillée, ou si une force dynamique est appliquée de manière répétée au mécanisme de verrouillage en raison d'un rebond de la porte ou d'une autre action, même si cette force est inférieure à la valeur spécifiée pour la résistance à l'arrachement de l'actionneur au moment du verrouillage, le mécanisme de verrouillage peut être endommagé.
Ainsi, une question extrêmement importante pour la sécurité est de savoir si la machine s'arrêtera (défaillance sûre) ou non (défaillance dangereuse), c'est-à-dire quel état de défaillance se produira si le mécanisme de verrouillage se brise et que la porte s'ouvre. En effet, les interrupteurs de verrouillage portant le marquage de surveillance du verrouillage sont principalement utilisés sur des machines où l'opérateur peut être victime d'un accident grave.
Ainsi, lors du choix d'un interrupteur de verrouillage à ressort, il est recommandé de sélectionner un produit affichant le marquage de surveillance du verrouillage illustré à la figure 15 et de vérifier l'état de défaillance en cas d'endommagement du mécanisme de verrouillage.
Si le mécanisme de verrouillage de l'interrupteur de verrouillage à ressort est endommagé et que la machine tombe en panne en raison d'une défaillance dangereuse et ne s'arrête pas, ou s'il n'est pas certain que la machine tombera en panne en raison de la défaillance dangereuse ou de la défaillance, une porte avec un interrupteur de verrouillage sans verrouillage ou un interrupteur de fin de course de sécurité doit être installée séparément de l'interrupteur de verrouillage à ressort. Si PL=e avec la catégorie 4 est nécessaire, de la même manière, les normes de sécurité exigent l'installation d'une porte avec un interrupteur de verrouillage non verrouillable ou un interrupteur de fin de course de sécurité en plus d'un interrupteur de verrouillage à ressort.
Descriptions des produits de verrouillage de sécurité
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