Architecture évolutive de sécurité fonctionnelle en réponse aux besoins des fabricants de machines à commande numérique

Réduit le câblage et le nombre d’équipements de sécurité supplémentaires

28/01/2013 – Teufen (AR), CH

NUM lance une architecture de sécurité fonctionnelle pour ses solutions CNC qui propose une solution fortement modulable, très facile à mettre en œuvre sur à la plupart des machines-outils quelle que soit leur complexité ou leur nombre d’axes. Baptisée NUMSafe, cette solution comprend un automate programmable de sécurité dédié, des modules d’entrées/sorties sécurisées et des variateurs numériques dotés d’un système de contrôle de mouvement sécurisé. NUMSafe est compatible avec la plateforme de commande numérique NUM de dernière génération Flexium+.

Massimiliano Menegotto, Directeur technique de NUM, déclare : « La fonction de gestion de la sécurité devient obligatoire pour la plupart des machines-outils, quelles que soient leurs performances, leur précision et leur complexité. Outre l’amélioration de la sécurité de l’opérateur, la solution NUMSafe augmente également la productivité et la disponibilité des machines. Les commandes évolutives et polyvalentes intrinsèques de NUMSafe offrent aux constructeurs de machines une solution facile à intégrer, aussi bien sur une simple machine 3 axes que sur une machine complexe comportant plus d’une centaine d’axes telle qu’une machine-transfert rotative ».

Encore récemment, les concepteurs désirant mettre en place même de simples fonctions de sécurité sur des machines à commande numérique, devaient utiliser des relais de sécurité spécifiques. Cette approche entraînait d’importants coûts supplémentaires en matériel et en câblage et augmentait également le temps de développement et de fabrication des machines. En intégrant la fonction sécurité à l’ensemble de la plateforme de commande numérique, NUMSafe réduit la quantité de matériel nécessaire et simplifie le développement logiciel, ce qui constitue un avantage considérable pour les Fabricants de machines. De plus, les utilisateurs bénéficient d’une forte augmentation de la productivité car il n’est plus nécessaire d’arrêter complètement la machine à chaque intervention humaine , la protection étant assurée par des fonctions dédiées qui limitent le déplacement, la vitesse et la position des axes.

Un avantage essentiel de l’architecture NUMSafe est qu’il possible de placer les composants de sécurité comme l’automate programmable et les modules des entrées/sorties associés dans le même bloc que les E/S de l’automate standard. Toutes les communications entre le système de commande de la machine, les pupitres opérateurs et les variateurs sont gérées par le bus EtherCAT en utilisant le protocole Fail Safe over EtherCAT (FSoE) pour garantir l’intégrité de toutes les données de sécurité. NUMSafe est conforme à la norme de sécurité des machines EN ISO 13849-1 jusqu'au niveau PL e et à la norme de sécurité fonctionnelle EN 61800-5-2 des variateurs de vitesse jusqu'au niveau SIL 3.

Pour minimiser le temps de développement des fabricants de machines, les programmes de l’automate de sécurité sont créés avec la même suite d’outils logiciels utilisée pour mettre en service l’ensemble du système, y compris la commande numérique, l’automate programmable, les variateurs et les modules d’entrées/sorties. La logique de l’application de sécurité se programme au moyen de blocs fonctionnels de type ‘Arrêt d’urgence’, ‘Mode de fonctionnement’, ‘AND’, ‘OR’, etc... liés aux entrées/sorties de sécurité.

Des fonctions de sécurité complexes se configurent facilement en enchaînant les blocs fonctionnels. Par exemple, avec deux simples instructions, il est possible d’imposer à l’opérateur de la machine d’effectuer une action avec les deux mains (ex. pression simultanée sur deux interrupteurs de commande) pour éviter l’exposition à des pièces mobiles et de vérifier cela avant d’autoriser l’exécution d’une commande de déplacement. L’application de sécurité est un programme autonome,  Il peut être chargé dans l’automate de sécurité indépendamment.

Les nouveaux variateurs numériques NUMDrive X, disponibles en version un ou deux axes, peuvent intégrer un module de surveillance de la sécurité des mouvements qui fonctionne en association avec l’automate programmable de sécurité. Ce dernier peut donc superviser et contrôler l’ensemble des éléments de sécurité de la machine si cela est requis. L’avantage de cette  approche modulaire est de pouvoir optimiser les coûts des systèmes. De plus, NUM propose deux versions de ce module permettant aux concepteurs de parfaitement adapter les besoins à leurs applications. Ces deux versions bénéficient d’une architecture à canaux redondants et utilisent des techniques de surveillance croisée qui garantissent l’intégrité des données.

Le module de base de supervision des mouvements est doté de la fonction de coupure de sécurité du couple (Safe Torque Off : STO) ; il s’agit de la fonction la plus utilisée qui garantit que le variateur ne commande plus le moteur pour produire un couple et effectue une surveillance permanente pour éviter les démarrages accidentels. Outre la fonction STO, la version étendue de ce module intègre les fonctions prescrites par la norme EN 61800-52 (arrêt de sécurité en fonctionnement (SOS), arrêt de sécurité 1 (SS1), arrêt de sécurité 2 (SS2), limitation de vitesse sécurisée (SLS) et limitation de position sécurisée (SLP)), soit au moyen de retour à l’origine sécurisé et d’encodeurs incrémentaux ou en utilisant des encodeurs absolus homologués tels que ceux utilisés dans la nouvelle gamme de servomoteurs à un câble.

Utilisées seules ou en combinaison, ces fonctions permettent aux concepteurs de mettre en œuvre de nombreux concepts de sécurité pour leurs machines. Par exemple, la fonction SS2 surveille et vérifie que la sécurité du freinage d’un axe est aussi rapide que possible en cas d’urgence. Cette fonction peut être suivie de la fonction SOS pour ordonner au variateur/moteur de rester immobile en générant un couple de maintien : l’axe est surveillé en permanence pour vérifier l’absence de mouvement.

Un autre avantage économique de l’architecture de sécurité NUM est de pouvoir se passer d’un encodeur supplémentaire sur les axes d’une machine si celle-ci est dotée de fonctions de sécurité. Dans ce cas , le circuit de retour peut être récupéré depuis des encodeurs de sécurité qui renvoient au variateur les différentes données (avec redondance) en utilisant un protocole homologué ou bien, dans le cas de moteurs synchrones, d’un encodeur standard sin/cos.

L’offre en moteurs de NUM, déjà très pourvue, s’étend encore par l’arrivée de  deux gammes supplémentaires dont la particularité est de ne nécessiter qu’un seul câble pour se connecter à nos variateurs. Développés spécialement pour l’utilisation avec les variateurs NUMDrive X, ces nouveaux moteurs possèdent un nouveau modèle d’encodeur numérique de sécurité qui achemine les données vitesse et position (avec redondance) sur une liaison à deux fils transitant via le câble d’alimentation du moteur. Outre la réduction des coûts de câblage, cette approche améliore encore la sécurité et la fiabilité des machines en diminuant le nombre de connexions nécessaires.