Relais de sécurité : fonctionnement, types et choix des dispositifs industriels

Les relais de sécurité sont indispensables dans les environnements industriels pour protéger les machines, les installations et les personnes. Leur rôle inclut la surveillance et le contrôle des fonctions de sécurité telles que les boutons d'arrêt d'urgence, les protecteurs mobiles et les barrières immatérielles de sécurité. Ces dispositifs, souvent intégrés dans le câblage des systèmes électriques, assurent un fonctionnement conforme aux normes en réduisant les risques d'accidents, tout en garantissant un environnement de travail sécurisé.

 

Qu’est-ce qu’un relais de sécurité ?

La principale différence entre un relais de sécurité et un relais classique réside dans leur complexité et leur fonctionnalité. Les relais de sécurité sont dotés de fonctions d'autocontrôle qui vérifient de manière autonome leur ouverture et leur fermeture à chaque cycle marche-arrêt. Cela garantit une fonctionnalité de sécurité continue, même en cas de défaillance d'un composant interne. La redondance et le guidage forcé des contacts sont essentiels pour assurer la sécurité des opérateurs et des machines.

Dans les applications industrielles, le relais de sécurité est essentiel pour assurer une surveillance et un contrôle précis des machines. Ces relais peuvent initier une pause sécurisée dans les équipements, permettant d’arrêter le mouvement en toute sécurité jusqu’à ce qu’un obstacle ou un problème identifié soit éliminé.

Ils peuvent également servir de mécanisme d'arrêt d'urgence, coupant l'alimentation des machines ou des usines spécifiques jusqu'à ce que les conditions soient sûres pour reprendre l'alimentation et continuer le fonctionnement. Ces dispositifs sont souvent associés à des capteurs de sécurité, tels que les protecteurs mobiles ou les barrières immatérielles. Ces capteurs détectent les erreurs et les défaillances de fonctionnement, déclenchant les réponses nécessaires pour rétablir un environnement sécurisé.

Les relais de sécurité peuvent être à fonction unique ou multifonctionnels. Les relais à fonction unique sont conçus pour surveiller une activité spécifique et sont programmés individuellement pour gérer leurs tâches respectives.

En revanche, les relais de sécurité multifonctionnels peuvent surveiller plusieurs fonctions et remplacer plusieurs unités individuelles. Cela offre une flexibilité et une efficacité accrues dans la gestion des systèmes de sécurité.

 

Fonctionnement d’un relais de sécurité

Le fonctionnement d'un relais de sécurité repose sur la surveillance étroite et la gestion des circuits électriques, couplée aux dispositifs dédiés tels que les boutons-poussoirs d’arrêt d’urgence, les protecteurs mobiles et les barrières immatérielles. Ces modules utilisent des schémas de branchement adaptés pour déployer une logique de sécurité robuste.

Ces dispositifs envoient des signaux au relais de sécurité, qui les traite pour ajuster ses sorties en conséquence. Un exemple clé est le signal OSSD (Output Signal Switching Device), un signal codé transmis sur une paire de fils déphasés. Ce système empêche tout contournement accidentel ou intentionnel des dispositifs de sécurité.

Les relais de sécurité utilisent des contacts en redondance et à guidage forcé pour garantir une commutation sécurisée. Cette conception assure que le dispositif reste opérationnel même en cas de défaillance d’un composant. À chaque cycle marche-arrêt de la machine, le relais vérifie automatiquement l’ouverture et la fermeture correctes de ses contacts, renforçant ainsi la fiabilité et la sécurité du système.

En matière de modes de commutation, les relais de sécurité peuvent être configurés avec différents types de contacts, tels que les contacts NO (Normalement Ouvert) et NC (Normalement Fermé). Ces contacts peuvent être interconnectés pour créer une logique de sécurité robuste, permettant de gérer divers scénarios et de déclencher des actions appropriées en cas de détection d’une condition dangereuse ou d’une défaillance.

L’interconnexion avec d’autres éléments du système automatisé, tels que les capteurs, les actionneurs et les relais temporisés, est essentielle pour assurer un fonctionnement global fluide et sécurisé. Par exemple, les capteurs détectent les anomalies et transmettent des signaux au relais de sécurité, qui utilise des contacts guidés pour activer les actionneurs nécessaires à la prévention des situations dangereuses.

Cette intégration garantit une surveillance continue et une réaction rapide face aux conditions dangereuses, offrant ainsi une protection optimale des machines et des personnes impliquées dans le processus.

 

Quels sont les types de relais de sécurité ?

Les relais de sécurité se déclinent en plusieurs types, chacun conçu pour répondre à des besoins spécifiques dans diverses applications industrielles :

• Relais de sécurité standards : fonctionnement basique

Les relais de sécurité standards sont les plus couramment utilisés. Ils assurent un fonctionnement simple mais essentiel, en surveillant et en contrôlant des fonctions de sécurité spécifiques. Parmi ces fonctions, on retrouve l'arrêt d'urgence ou la surveillance des protecteurs mobiles. Ces relais sont généralement à fonction unique, ce qui signifie qu'ils sont programmés pour gérer une activité précise et réagir en conséquence.

• Relais multifonctions : adaptables à plusieurs configurations

Les relais multifonctions offrent une grande flexibilité en surveillant simultanément plusieurs fonctions de sécurité. Ils permettent de remplacer plusieurs unités individuelles, simplifiant ainsi la complexité du système tout en réduisant les coûts. Ces relais sont particulièrement adaptés aux environnements où différents dispositifs de sécurité, comme les boutons-poussoirs d’arrêt d’urgence, les barrières immatérielles et les tapis sensibles, doivent être gérés de manière coordonnée.

• Relais programmables : intégrés à des systèmes complexes

Les relais programmables sont conçus pour être intégrés à des systèmes complexes, permettant une personnalisation avancée des fonctions de sécurité. Ils peuvent être configurés pour répondre à des exigences spécifiques et sont souvent utilisés dans des applications nécessitant une logique de sécurité sophistiquée et flexible.

Ces relais sont idéaux pour les systèmes automatisés où une coordination précise entre plusieurs dispositifs de sécurité est essentielle.

Ces technologies incluent également l'utilisation de capteurs et d'actionneurs, permettant une intégration complète dans les systèmes de surveillance et de contrôle. Les progrès technologiques ont conduit au développement de relais de sécurité plus robustes, fiables et flexibles, capables de répondre aux besoins croissants de la sécurité industrielle.

 

Quelle est la durée de vie d’un relais de sécurité ?

La durée de vie d’un relais de sécurité dépend de plusieurs facteurs essentiels, qui doivent être pris en compte pour garantir un fonctionnement fiable et durable.

• Facteurs influençant la durée de vie d’un relais : fréquence d’utilisation, charge électrique, environnement

La fréquence d’utilisation constitue un facteur clé. En moyenne, un relais de sécurité peut effectuer environ 1 million de cycles de commutation, soit entre 180 000 et 300 000 cycles par an. Cela correspond à une utilisation de 600 à 1 000 cycles par jour sur 300 jours par an.

La charge électrique joue également un rôle déterminant. Il est impératif de respecter les limites de charge nominale du relais pour éviter les surcharges susceptibles de réduire sa durée de vie. 

L’environnement d’utilisation est un autre élément important. Les conditions ambiantes, comme la température, l’humidité et les vibrations, peuvent avoir un impact significatif sur la durabilité du relais. Il est donc essentiel de choisir un relais adapté aux exigences spécifiques du milieu industriel dans lequel il sera utilisé.

• Différences entre relais électromécaniques et relais statiques

Les relais de sécurité se divisent en deux catégories principales : les relais électromécaniques et les relais statiques.

1. Les relais électromécaniques, qui utilisent des contacts mécaniques pour la commutation, sont généralement plus sensibles à la fréquence d’utilisation et à la charge électrique. Leur durée de vie mécanique est limitée, souvent exprimée en cycles de commutation avant que 10 % des composants ne soient défaillants.
2. En revanche, les relais statiques ne contiennent pas de contacts mécaniques, ce qui les rend moins vulnérables aux facteurs environnementaux et de charge. Toutefois, ils peuvent être plus sensibles aux interférences électromagnétiques et nécessitent parfois des protections supplémentaires.

• Conseils pour optimiser la durée de vie et éviter les pannes prématurées

Pour maximiser la durée de vie d’un relais de sécurité et prévenir les pannes prématurées, plusieurs bonnes pratiques doivent être suivies :

• Respectez scrupuleusement les spécifications techniques, notamment concernant la charge et la fréquence d’utilisation.
• Utilisez des câbles de qualité et évitez les surcharges électriques.
• Effectuez des maintenances régulières et des inspections afin de détecter tout signe de dégradation précoce.
• Consultez les courbes de durée de vie pour planifier les remplacements à temps.
• Optez pour des relais de sécurité certifiés conformes aux normes internationales, telles que l’EN 61810-3 et l’EN 60715, pour garantir un niveau de sécurité et de fiabilité optimal.

 

Quels sont les avantages des relais de sécurité ?

Les relais de sécurité présentent de nombreux avantages qui renforcent la fiabilité, la sécurité et l'efficacité des installations industrielles.

• Fiabilité accrue des installations industrielles

Les relais de sécurité sont spécialement conçus pour améliorer la fiabilité des installations industrielles. Ils détectent et réagissent aux erreurs potentielles ou aux défaillances des machines. Grâce à leur conception redondante et à leur autosurveillance, ils garantissent le bon fonctionnement du dispositif de sécurité, même en cas de défaillance d’un composant. Cela réduit considérablement le risque de pannes imprévues.

• Sécurisation des machines et des opérateurs

Un des principaux atouts des relais de sécurité est la protection qu’ils apportent aux machines et aux opérateurs. En surveillant des fonctions critiques comme les boutons-poussoirs d’arrêt d’urgence, les protecteurs mobiles, les barrières immatérielles et les tapis sensibles, ces dispositifs minimisent les risques d’accidents et de blessures.

Ils permettent d'initier des arrêts contrôlés ou de couper l’alimentation des machines, garantissant ainsi un environnement de travail sécurisé.

• Conformité aux normes internationales

Les relais de sécurité, comme les relais temporisés ou les relais PSR, sont conçus pour répondre aux exigences des normes internationales telles que EN 60947-5-1, EN 60204-1 et VDE 0113-1. Grâce à ces certifications, ils assurent une surveillance rigoureuse et garantissent que les installations industrielles respectent les standards les plus stricts, contribuant à la sécurité pour la surveillance des opérateurs et des machines.

• Intégration simple dans les systèmes d’automatisation

Les relais de sécurité se distinguent par leur facilité d’intégration dans les systèmes d’automatisation. Grâce à des options de connexion flexibles, comme des bornes enfichables à visser ou à connexion push-in, et des indicateurs LED pour les requêtes d’état, leur installation et leur configuration sont simplifiées. Cette simplicité réduit le temps et les coûts liés à la mise en œuvre des systèmes de sécurité.

• Atout pour la maintenance préventive conditionnelle

Les relais de sécurité modernes intègrent des fonctionnalités avancées, notamment des capacités de diagnostic et de maintenance préventive. Ces caractéristiques permettent d'optimiser les machines industrielles grâce à une surveillance efficace et à une communication via le réseau.

En soutenant la maintenance prédictive, ces relais contribuent à réduire les temps d’arrêt et les coûts de maintenance. De plus, ils détectent précocement les signes de dégradation, ce qui facilite une planification proactive des interventions. Cela se traduit par une amélioration de la disponibilité et des performances globales des machines.

 

Quelles normes pour les relais de sécurité ?

Les relais de sécurité doivent répondre à des normes et réglementations strictes pour garantir la sécurité des équipements et des opérateurs. Ces normes définissent les exigences liées à la conception, la certification et la performance des relais de sécurité.

Explication des normes et réglementations applicables (ISO 13849-1, IEC 62061, EN 954-1)

Plusieurs normes internationales encadrent la conception et l’utilisation des relais de sécurité :

• ISO 13849-1 : Cette norme établit les exigences pour la conception et la validation des systèmes de commande de sécurité des machines. Elle inclut les niveaux de performance de sécurité (PL), allant de PLa à PLe, qui définissent la capacité du système à réduire les risques.
• IEC 62061 : Elle se concentre sur la sécurité fonctionnelle des systèmes de commande électriques, électroniques et programmables, utilisés dans les machines.
• EN 954-1 : Historiquement importante, cette norme a joué un rôle clé dans la définition des catégories de sécurité basées sur la conception, comme la redondance et le guidage forcé des contacts. Elle a été remplacée par ISO 13849-1 mais reste une référence pour les systèmes plus anciens.

Exigences en matière de conception et certification des relais de sécurité

Les relais de sécurité doivent être conçus pour répondre à des exigences strictes. Cela inclut :

• Une conception redondante avec autosurveillance, garantissant que le dispositif reste opérationnel même en cas de défaillance d’un composant.
• Des contacts guidés de manière forcée pour éviter les erreurs de commutation.

La certification est également essentielle. Les relais doivent respecter des normes telles que :

• EN 60947-5-1
• EN 60204-1
• VDE 0113-1

Ils doivent également répondre à d’autres certifications internationales comme EN 50156, DNV et EN ISO 13849.

 

Comment choisir un relais de sécurité ?

Choisir le bon relais de sécurité est essentiel pour garantir la sécurité et la conformité des installations industrielles. Plusieurs critères doivent être pris en compte pour faire le meilleur choix.

• Type de machine et niveau de risque

Le type de machine et le niveau de risque associé sont des éléments clés dans le choix d’un relais de sécurité. Les machines présentant des risques élevés, comme les presses ou les scies, nécessitent des relais de sécurité avec un Performance Level (PL) élevé, tel que le PLe, qui représente le niveau de sécurité le plus fiable.

Les normes internationales classent les parties des systèmes de commande selon leur niveau de sécurité, allant de PLa à PLe. Cette classification permet de couvrir les risques allant du plus faible au plus grave.

• Normes de sécurité requises (ISO, IEC, EN)

La conformité aux normes internationales de sécurité est indispensable. Les relais de sécurité doivent être certifiés selon des standards tels que EN, UL, C-UL et TÜV Rheinland. Ces certifications garantissent que le relais respecte les exigences de sécurité les plus élevées et convient aux environnements industriels.

• Nombre de contacts et compatibilité avec d’autres dispositifs

Le nombre de contacts et la compatibilité avec d’autres dispositifs de sécurité sont également des critères importants. Les relais de sécurité disposent de différents types et nombres de contacts, comme les contacts NO (Normalement Ouvert) et NC (Normalement Fermé). Ils doivent également être compatibles avec les dispositifs de sécurité existants, tels que les interrupteurs de sécurité, les tapis de sécurité et les barrières immatérielles.

Pour les applications monozone, des relais autonomes peuvent suffire. Cependant, pour les applications multizone ou nécessitant un grand nombre de dispositifs d’entrée, des systèmes configurables ou des automates de sécurité programmables sont plus adaptés.

• Exemples d’applications adaptées à chaque type de relais

Chaque type de relais de sécurité est conçu pour des applications spécifiques :

• Les relais de sécurité standards sont idéaux pour les applications de surveillance de base, telles que la gestion des boutons-poussoirs d’arrêt d’urgence ou des protecteurs mobiles.
• Les relais multifonctions conviennent mieux aux applications multizone où plusieurs fonctions de sécurité doivent être gérées simultanément. Ces relais offrent une grande flexibilité et extensibilité, permettant de gérer jusqu’à trois zones de sécurité.
• Les relais programmables sont destinés aux applications complexes nécessitant un contrôle de plusieurs zones et une logique de sécurité avancée. Ces systèmes sont particulièrement utiles dans les environnements critiques où des réponses personnalisées sont nécessaires.

 

Câblage d’un relais de sécurité : principes et bonnes pratiques

Le câblage d’un relais de sécurité est une étape essentielle pour garantir un fonctionnement sûr et fiable du système de sécurité. Les méthodes de câblage varient en fonction du type de relais et des exigences spécifiques de l’application.

• Présentation des différentes méthodes de câblage selon le type de relais

Chaque type de relais de sécurité possède ses propres exigences en matière de câblage. Par exemple, le branchement des relais de sécurité PSR, qui inclut les fonctions de sécurité avancées, connecte les entrées des dispositifs de sécurité, tels que les boutons d'arrêt ou les barrières immatérielles, aux actionneurs. Ce processus utilise des schémas spécifiques pour s’assurer que le module opère conformément aux standards industriels.

En revanche, les relais multifonctions et programmables demandent un câblage plus complexe pour gérer plusieurs fonctions de sécurité simultanément. Il est impératif de suivre avec précision le manuel d’instructions pour chaque type de relais, car les configurations de câblage peuvent varier considérablement.

• Différence entre un câblage à un canal et à deux canaux

La distinction entre un câblage à un canal et à deux canaux est importante dans la configuration des relais de sécurité. Le câblage à un canal utilise une seule voie pour transmettre les signaux de sécurité, tandis que le câblage à deux canaux repose sur deux voies redondantes pour offrir une sécurité renforcée.

Le câblage à deux canaux est particulièrement recommandé pour les applications critiques où une défaillance d’un seul canal pourrait compromettre la sécurité. Ce type de câblage garantit que le dispositif de sécurité reste fonctionnel même en cas de panne d’un composant, en contrôlant automatiquement l’ouverture et la fermeture des contacts à chaque cycle marche-arrêt de la machine.

• Bonnes pratiques pour assurer un montage sécurisé et conforme aux normes

Pour garantir un montage sécurisé et conforme aux normes, il est important de suivre plusieurs bonnes pratiques.

• Tout d’abord, lire attentivement le manuel d’instructions est essentiel pour comprendre les spécifications de câblage du relais de sécurité concerné.
• Respecter les données techniques, telles que les tensions et les courants nominaux, permet d’éviter toute erreur de câblage. L’utilisation de câbles blindés, notamment en présence de variateurs, peut réduire les interférences électromagnétiques et assurer une transmission fiable des signaux.
• De plus, il est important de veiller à ce que les sorties de sécurité soient correctement connectées aux contacts de sécurité et aux contacts d’information, conformément aux spécifications du relais. Enfin, vérifier que le système répond aux exigences des normes de sécurité applicables, telles que les normes EN 60947-5-1, EN 60204-1 et VDE 0113-1, est indispensable pour garantir la conformité et une sécurité optimale.

 

Les relais de sécurité jouent un rôle essentiel dans la protection des machines et des opérateurs au sein des environnements industriels. Ils assurent une fiabilité accrue, garantissent la conformité aux normes internationales et s’intègrent facilement dans les systèmes d’automatisation.

Pour choisir le relais de sécurité adapté, il est important de prendre en compte des critères clés tels que le type de machine, le niveau de risque et les normes de sécurité nécessaires. Ce choix est déterminant pour garantir la sécurité et l’efficacité des installations industrielles.

En adoptant les bonnes pratiques de câblage des relais de sécurité, et en suivant les recommandations relatives au branchement et aux schémas électriques, tout en respectant les normes de sécurité comme l’ISO 13849-1 et l’IEC 62061, vous pouvez maximiser la fonction de sécurité de vos systèmes. Cela contribue à prolonger la durée de vie des dispositifs, à réduire les risques de pannes prématurées et à garantir un environnement industriel plus sûr. L’intégration de relais de sécurité dans votre processus est donc indispensable pour atteindre ces objectifs.