Un système de sécurité fonctionnelle facile à mettre en œuvre, qui raccourcit le délai de commercialisation des machines à commande numérique de nouvelle génération.

Le programme abrège le temps de développement de la sécurité fonctionnelle de plusieurs semaines à quelques jours !

L’architecture entièrement évolutive intègre toutes les fonctions de sécurisation des mouvements conformes à la norme EN ISO 13849-1.

Le 23 novembre 2015 — Pour NUM, fournisseur spécialisé dans les commandes pour machines, la mise en œuvre de la sécurité fonctionnelle sur les nouvelles machines à commande numérique représente une tendance dominante des équipements du secteur de la métallurgie. L’année 2015 a été cruciale dans ce domaine : parmi la clientèle de NUM, 100 % des équipementiers mettant au point de nouvelles machines via sa nouvelle plateforme de commande Flexium+ prévoient également d’intégrer un certain degré de sécurité fonctionnelle. Ce tournant majeur sur le plan technologique est soutenu par un taux de croissance annuel avoisinant les 300 % en faveur des produits de sécurité fonctionnelle de la société NUM, laquelle s’attend par ailleurs à enregistrer une nouvelle hausse d’activité importante en 2016.

« La sécurité fonctionnelle est aujourd’hui la tendance de conception la plus prononcée », affirme Peter Hutter, vice-président en charge de la qualité et des solutions clients de NUM. « Mais sur nos marchés, elle est appliquée invariablement au fur et à mesure du développement de nouvelles machines. Les gammes de machines actuelles équipées de systèmes de sécurité d’ancienne génération ont tendance à être laissées telles quelles ».

« Pour NUM, la simplicité de mise en œuvre est un critère fondamental de cette tendance et la simplicité de programmation des fonctions de sécurité représente un catalyseur », ajoute M. Hutter. « La sécurité fonctionnelle est un sujet complexe et bon nombre de nos clients sont des petites et moyennes entreprises dont seuls un ou deux techniciens possèdent des compétences en programmation d’API. Ceux-ci combinent souvent ce travail à d’autres rôles de conception électromécanique et ne sont pas des experts de la sécurité ».

L’existence de techniques visant à simplifier la phase de conception est un besoin crucial pour le vaste secteur du marché de la construction de machines. Telle est précisément la philosophie sur laquelle repose NUMSafe, le système de sécurité fonctionnelle développé par NUM. Cette solution fondée sur l’utilisation d’une interface de sécurité dédiée est spécialement conçue pour simplifier le développement et raccourcir le délai de mise en œuvre des fonctions de sécurité des mouvements, requises notamment par les normes EN ISO 13849-1 et EN 62061.

La fonction NUMSafe, présentée en tant qu’option personnalisée de la dernière plateforme CNC Flexium+ mise au point par NUM, est une solution de sécurité fonctionnelle complète, capable d’évoluer d’après la complexité du système de contrôle. Elle comprend une API de sécurité, des modules d’entrées/sorties (E/S) de sécurité, des servovariateurs numériques à fonctions intégrées pour la surveillance de la sécurité des mouvements, ainsi qu’une gamme de servomoteurs sans brosses compatibles. Cette architecture systémique permet aux concepteurs de machines d’inclure des paramètres de sécurité fonctionnelle précisément là où ils sont nécessaires, avec un minimum de composants ou de câblages supplémentaires. Cette solution simple et rentable s’adapte à tous les types d’applications de commande numérique, depuis les machines basiques triaxiales jusqu’aux systèmes à automatisation complexe comportant plus de 100 axes de mouvement.

Progressivement, la clientèle de NUM, notamment sur les marchés matures de la construction de machines haut de gamme allemandes et suisses, spécifient NUMSafe pour leurs nouvelles constructions de machines, ainsi que la mise à niveau de leurs fonctions de commande numérique. Grâce à une adoption rapide intervenue en 2015, quelque 20 % des systèmes de CNC Flexium+ fournis par NUM sont désormais livrés avec NUMSafe. L’entreprise prévoit une élévation considérable de ce chiffre lorsque les fabricants de machines à grande échelle, implantés dans des régions telles que l’Asie, chercheront à étendre leurs activités en s’exportant vers des marchés étrangers assujettis à une réglementation de sécurité rigoureuse.

Comme l’explique Peter Hutter : « Bon nombre de nos clients sont des acteurs de niche qui disposent de moyens techniques restreints. Jusqu’à récemment encore, ils utilisaient des solutions de sécurité tierces qui n’étaient que partiellement intégrables aux systèmes de commande numérique de leurs machines et qui retardaient souvent de plusieurs semaines le cycle de développement d’une machine. Grâce à NUMSafe, ils peuvent dorénavant mettre en œuvre des modèles de sécurité entièrement intégrés et conformes aux normes, en une fraction de ce temps et avec un effort de câblage considérablement réduit ».

M. Hutter cite l’exemple de plusieurs applications récentes impliquant des machines de meulage d’outils à commande numérique, un marché sur lequel NUM est particulièrement bien positionné. En dépit des variantes de configuration qui existent inévitablement d’un fabricant à l’autre, les machines comportent généralement cinq axes de travail au minimum, dont trois linéaires et deux rotatifs, chacun nécessitant une grande diversité de contrôles de sécurité des mouvements. Dans la quasi-totalité des cas, NUMSafe a permis aux utilisateurs de mettre en œuvre des systèmes de sécurité fonctionnelle complets sur leurs machines en l’espace de quelques jours, voire parfois en une seule journée !

La technique de sécurité fonctionnelle la plus couramment appliquée pour répondre aux exigences de base des normes de sécurité des mouvements sur les machines, telle que la norme EN ISO 13849-1, consiste à mettre en œuvre une « absence sûre du couple », ou STO (Safe Torque Off), sur les axes appropriés. Cette fonction fait en sorte que les systèmes d’entraînement ne puissent plus actionner les moteurs pour générer du couple. La fonction de « limitation sécurisée de la vitesse », ou SLS (Safely Limited Speed) est également très utile, notamment lorsqu’un travail manuel doit être effectué sur une machine dont les portes sont ouvertes.

La configuration de machines multiaxiales sur un état sécurisé peut toutefois exiger l’entraînement d’axes spécifiques selon des positions prescrites, ou la conformité à d’autres paramètres en lien avec la sécurité, tel que le maintien du couple en position immobile. De plus, chaque type de machine est équipé de dispositifs de protection distincts, tels que des portes de protection, des systèmes d’interverrouillage ou des barrières photoélectriques, et se caractérise par une configuration différente des zones de mise en charge, de la géométrie axiale, etc. Dans tous les cas, une logique et des fonctions de sécurité spécifiques sont requises pour garantir une maîtrise adéquate de la machine. Or, si l’API du système de commande numérique est impliquée, elle peut entraîner une complexité inutile des schémas de contrôle et des logiques redondantes, ce qui se traduit par un effort de configuration et de frais de programmation supplémentaires.

NUMSafe permet de surmonter ces problèmes grâce à une interface de sécurité dédiée et une distinction claire entre la logique standard et les composants relatifs à la sécurité. Du point de vue des concepteurs de machines, il suffit de mettre en œuvre les fonctions de sécurité liées à la tâche en cours, sans se soucier des fonctions superflues liées aux axes de mouvement qui ne sont pas impliqués dans les routines d’arrêt automatique.

Un autre avantage majeur de NUMSafe est la possibilité de regrouper des dispositifs tels que l’interface ou les modules d’E/S de sécurité dans le même terminal normalisé que les autres éléments du système de contrôle, afin de renforcer la capacité d’intégration. Toutes les communications entre le système de contrôle et les servovariateurs de la machine sont gérées par le bus de champ EtherCAT via le protocole FSoE (Fail Safe over EtherCAT) afin de garantir l’intégrité des données de sécurité.

Le programme applicatif de l’interface de sécurité est développé à partir de la même suite d’outils logiciels que pour l’ensemble du système, y compris les modules de commande numérique, d’interfaçage, d’entraînement et d’E/S. Cet environnement de développement unifié réduit au minimum le temps d’apprentissage, ainsi que les coûts de génération du code. La programmation de la logique applicative de sécurité fait appel à des blocs fonctionnels tels que « E-Stop », « Operation Mode », « AND », « OR », etc., en liaison avec les entrées/sorties de sécurité. Les fonctions de sûreté complexes peuvent être mises en œuvre avec une grande souplesse par le biais d’un chaînage de blocs fonctionnels.

Avec sa dernière génération de servovariateurs numériques NUMDrive X disponibles en version monoaxiale ou biaxiale, NUM propose un module optionnel de surveillance de la sécurité des mouvements qui permet de contrôler tous les aspects relatifs au comportement sûr des systèmes d’entraînement et de motorisation. Cette approche modulaire contribue à réduire les coûts du système en ne mettant en œuvre les fonctions de sécurité sur les axes individuels des machines que lorsque cela est nécessaire.

Le module de surveillance de la sécurité des mouvements est disponible en deux versions afin de répondre avec une grande précision aux besoins des concepteurs d’applications. Le module de base fournit la fonction STO. La version étendue contient également cette fonction STO, ainsi que les fonctionnalités complémentaires préconisées par la norme EN 61800-5-2, dont la surveillance sûre de la position d’entraînement SOS (Safe Operating Stop), le freinage actif SS1 (Safe Stop 1), le freinage actif SS2 (Safe Stop 2), le couple limité sûr SLS (Safely Limited Speed), l’arrêt sûr dans une position donnée SLP (Safely-Limited Position) et le sens de rotation sûr SDM (Safe Direction Monitoring). Ces fonctions, qu’elles soient utilisées seules ou en combinaison, permettent aux concepteurs d’intégrer un large panel de solutions de sécurité des machines. Leur mise en œuvre peut être effectuée au moyen d’encodeurs incrémentiels ou absolus, hormis pour la fonction SLP, qui exige des encodeurs incrémentiels et de retour sécurisé à la normale, ou des encodeurs absolus certifiés.

NUM propose également un large choix de servomoteurs sans balais compatibles. La gamme comprend des modèles monocâbles spécialement étudiés pour l’utilisation avec les servovariateurs NUMDrive X, qui utilisent une liaison bifilaire intégrée dans le câble d’alimentation pour délivrer l’alimentation et assurer le transfert des données de position et de rétroaction redondantes vers et depuis un encodeur numérique sécurisé.

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