L'inhibition réinventée – Le Smart Process Gating

Le procédé d'inhibition « Smart Process Gating » qui se passe de capteurs de signalisation se sert de barrières immatérielles de sécurité de la série MLC de Leuze electronic, il est intégré dans la variante MLC 530 SPG.

Les installations de manutention et de montage comportent souvent des zones dangereuses qui doivent être protégées contre tout accès non autorisé. Toutefois, la marchandise transportée doit en même temps entrer dans la zone dangereuse et en sortir. On trouve des exemples de telles installations dans les domaines de l'intralogistique, de l'industrie automobile et de celle de l'emballage. Dans la pratique, des dispositifs de protection optoélectroniques installés au niveau des stations d'introduction et d'évacuation répondent à ces exigences. Ces dispositifs de protection doivent être conçus de manière à détecter quand la marchandise transportée approche le champ de protection et à ponter alors temporairement le champ de protection. Cela garantit un passage sans perturbation de la marchandise transportée. Cependant, le champ de protection ne doit être ponté qu'à l'approche de la marchandise transportée ; il est indispensable d'empêcher l'accès de personnes.

Figure 1 : Barrières immatérielles de sécurité MLC SPG 530

Jusqu'ici, des capteurs supplémentaires étaient nécessaires pour la détection de la marchandise transportée et, par conséquent, également pour la distinction des personnes. Ces capteurs sont également appelés « capteurs d'inhibition ». Le procédé « Smart Process Gating » (SPG) remplit les exigences indiquées sans utiliser de capteurs supplémentaires.

Figure 2 : Sécurisation d'accès commandée par le processus avec Smart Process Gating (SPG).

Figure 3 : Le SPG permet une disposition très compacte du système pour les sas de matériaux.

Principe de fonctionnement
Le procédé Smart Process Gating (SPG) se sert de barrières immatérielles de sécurité de type 4 de la série MLC 500 de Leuze electronic. Il est mis en œuvre dans la variante MLC 530 SPG. Le procédé SPG utilise fondamentalement deux signaux de commande (figure 3) : le premier signal (CS = Control Signal) est mis à disposition par la commande de l'installation (API). Le moment auquel le signal de commutation CS est généré doit être réglé de telle manière que la marchandise transportée se trouve à moins de 200 mm du champ de protection. Cela est nécessaire pour éviter que des personnes ne passent entre deux. Le deuxième signal (PFI = Protective Field Interruption) est généré par la barrière immatérielle de sécurité elle-même lors de l'interruption du champ de protection par la marchandise transportée. C'est alors que commence le pontage (Gating) du champ de protection. Le Gating se termine soit après une durée fixe (t) une fois que la marchandise transportée a quitté le champ de protection, soit par réinitialisation active du signal de commutation CS.

Figure 4 : Vue d'ensemble du principe de fonctionnement.

Évolution du signal en détail
Après que la commande d'installation (API) a envoyé le signal de commutation (CS) à la barrière immatérielle de sécurité, l'entrée de la marchandise transportée dans le champ de protection doit se faire dans les 4 secondes (t1) (figure 4). Lors de l'entrée, la barrière immatérielle de sécurité génère le deuxième signal (PFI) et commence ainsi le pontage du champ de protection (Gating). Dans le réglage de base, le passage de la marchandise transportée doit se faire dans les 10 minutes, sinon le récepteur de la barrière immatérielle de sécurité passe à l'état de verrouillage. Il est également possible si nécessaire d'activer une prolongation du time-out allant jusqu'à 100 heures afin de permettre des arrêts pendant un changement de poste ou durant le week-end sans verrouillage des processus.
Lorsque la marchandise transportée sort du champ de protection, la barrière immatérielle de sécurité réinitialise le signal qu'elle a généré (PFI) dès que la marchandise a quitté le champ. Selon le mode de fonctionnement sélectionné, soit le champ de protection est ensuite automatiquement réactivé par la barrière immatérielle de sécurité au bout d'1 ou de 2 secondes (t2), soit le Gating est terminé par la commande. La sécurisation d'accès est alors à nouveau active.

Figure 5 : Évolution typique du signal lors du passage de la marchandise transportée à travers le champ de protection.

Modes de fonctionnement optimisés pour l'application
Pour s'adapter à différents domaines d'application, le procédé SPG fonctionne en trois modes. Ces modes sont implémentés dans la barrière immatérielle de sécurité MLC 530 SPG (tableau 1).
Tableau 1 : Vue d'ensemble des modes de fonctionnement.

Le mode de fonctionnement « Standard » sert avant tout dans les applications d'intralogistique. Grâce au temps de filtrage intégré d'1 secondes, la zone de balayage des faisceaux lumineux de la barrière immatérielle peut, pendant le passage de la marchandise transportée, être dégagée pendant une période allant jusqu'à 1 secondes, c'est-à-dire ne pas être interrompue par la marchandise transportée. Ainsi, des espaces dans la marchandise transportée, comme cela peut se produire par exemple lors du chargement d'une palette, sont également possibles sans que le processus de Gating ne s'arrête. Une fois que la marchandise transportée a quitté le champ de protection, la fonction de protection est réactivée au bout d'1 seconde si la fin automatique du Gating est appliquée. Lors de la sortie de la marchandise transportée du champ de protection, il faut également veiller à ne laisser aucun espace supérieur à 200 millimètres entre la marchandise transportée et le champ de protection pour empêcher l'intrusion de personnes. Dans le cas où la marchandise transportée s'éloigne à plus de 200 millimètres du champ de protection durant le temps de réactivation d'1 seconde, il est possible de mettre fin prématurément au Gating à l'aide de la fonction « Arrêt par la commande ». Cela s'effectue par réinitialisation du signal CS. Le Gating prend alors fin dans les 0,1 secondes et la fonction de protection est réactivée (figure 4). Selon le niveau de performance requis, le mode de fonctionnement « Standard » peut être utilisé avec un API standard ou un API de sécurité. La prolongation du time-out à 100 heures est prise en charge.

Figure 6 : Évolution du signal avec la fonction « Arrêt par la commande ».

Les modes de fonctionnement « Arrêt qualifié » et « Gating partiel » sont optimisés pour des petites vitesses de convoyage que l'on rencontre par exemple dans l'environnement automobile. À des vitesses faibles, il est possible que le processus de convoyage s'arrête dans un délai très court. Étant donné que le procédé SPG exige que le champ de protection soit interrompu au plus tard 4 secondes après l'activation par le commutation (CS), ces modes de fonctionnement disposent de la fonction supplémentaire « Arrêt qualifié/Redémarrage ». Cela permet d'interrompre de façon ciblée une séquence SPG initiée (arrêt qualifié) dans les 4 secondes, puis de la redémarrer. Ainsi, en cas d'arrêt imprévu, le processus peut se poursuivre sans incident. Ces modes de fonctionnement utilisent deux signaux de commutation aux fronts de signal ambivalents et provenant de l'API, le signal de commutation de l'API (CS) et le signal d'arrêt de temporisateur (TH) (figure 7) qui initient la séquence de Gating et commandent l'arrêt qualifié et le redémarrage. Le signal TH doit s'alterner dans les 0,5 secondes avec le signal CS. Ces modes de fonctionnement requièrent un API de sécurité. La prolongation du time-out à 100 heures est prise en charge.

Figure 7 : Évolution du signal lors du passage de la marchandise transportée à travers le champ de protection le déroulement du mode de fonctionnement « Gating partiel » correspond à celui du mode de fonctionnement « Arrêt qualifié », à ceci près que, dans le cas du Gating partiel, les quatre faisceaux supérieurs sont exclus du Gating. Une interruption de ces faisceaux entraîne toujours la désactivation des OSSD. La barrière immatérielle peut ainsi par exemple surveiller l'état de fermeture de clapets pendulaires (figure 8) et détecter des passagers non autorisés sur la marchandise transportée.

Figure 8 : Exemple d'utilisation des modes de fonctionnement « Arrêt qualifié » et « Gating partiel » dans l'industrie automobile.

Exigences relatives à une solution sûre
L'intégration d'une application SPG dans une installation doit être considérée comme une solution système du point de vue de la sécurité. Celle-ci naît de l'interaction entre une barrière immatérielle de sécurité, la commande de l'installation et, le cas échéant, des éléments mécaniques. Le constructeur d'installations a besoin à cet effet d'expérience dans le domaine de la conception de la sécurité car il programme par exemple la séquence de Gating dans l'API et crée lui-même la solution système de sécurité. Il est ainsi responsable de la mise en œuvre du système complet. C'est pourquoi il est important lors d'une installation de SPG de prendre en compte les exigences techniques de sécurité nécessaires. Ces exigences sont décrites dans le manuel d'utilisation correspondant. La connaissance de la position actuelle de la marchandise transportée par la commande d'installation (API) est une exigence importante. L'API a besoin de savoir quand la marchandise transportée atteint et quitte le champ de protection afin d'envoyer les signaux de commutation requis au bon moment à la barrière immatérielle de sécurité. Cela s'avère nécessaire car le champ de protection doit être interrompu dans les 4 secondes suivant le signal de commutation de l'API. En outre, il convient de respecter la distance maximale de 200 mm entre la marchandise transportée et la barrière immatérielle au démarrage de la séquence de Gating (entrée) et lors de l'arrêt du Gating (sortie). Lors de la génération des signaux de commutation par la commande, il faut veiller à ce qu'ils ne puissent pas être déclenchés directement par une personne, qu'ils ne soient donc pas facilement manipulables. Il n'y a pas d'exigences particulières quant au type de collecte d'informations. Les informations peuvent, par exemple, être obtenues à partir de processus connus ou de sources de signaux supplémentaires.
En particulier dans les applications de sortie, la connaissance de la position est souvent facile à acquérir. Il s'agit par exemple de la sortie de stations sur des convoyeurs transversaux, de la sortie de centres d'usinage et de la sortie avec des convoyeurs actifs.

Faisceaux de synchronisation et longueur du champ de protection
L'émetteur et le récepteur de la barrière immatérielle de sécurité doivent rester synchrones pour recevoir un signal du champ de protection valide. Pour la synchronisation, le système utilise le faisceau le plus haut ou le faisceau le plus bas de la barrière immatérielle de sécurité, c'est-à-dire qu'ils servent de faisceaux de synchronisation. Ces faisceaux peuvent être interrompus simultanément pendant une durée maximale de 60 secondes lorsqu'un pontage du champ de protection est actif (Gating) afin de garantir la fonction de Gating du point de vue sécuritaire. Dans les applications d'intralogistique typiques, la fonction de Gating n'est active que pendant quelques secondes, le temps nécessaire pour que la marchandise transportée passe la barrière immatérielle. Étant donné que ce temps est nettement inférieur à la valeur admissible de 60 secondes, aucune exigence particulière ne se pose en termes de dimensionnement de la longueur du champ de protection grâce aux faisceaux de synchronisation.

Figure 9 : Disposition de la barrière immatérielle lors du Gating jusqu'à 60 s max.

Dans le cas où la marchandise transportée a besoin de plus de 60 secondes pour passer la barrière immatérielle ou si les valeurs maximales autorisées du time-out de 10 minutes ou 100 heures sont utilisées, il faut veiller à ce qu'au moins un faisceau de synchronisation reste dégagé en permanence. Cela peut être obtenu de deux manières :

Le faisceau le plus haut sert de faisceau de synchronisation. La hauteur de la barrière immatérielle est choisie de manière à ce que le faisceau de synchronisation soit toujours au-dessus du point le plus haut de la marchandise transportée (figure 10, à droite). Le faisceau le plus bas sert de faisceau de synchronisation. Le champ de protection est disposé de manière à ce que le faisceau de synchronisation soit par exemple en dessous d'une voie de convoyage. Une partie des faisceaux de la barrière immatérielle de sécurité sont alors interrompus par la voie de convoyage. Cette zone peut être masquée avec la fonction « Blanking fixe avec tolérance d'1 faisceau » (figure 10, à gauche).

Figure 10 : Disposition de la barrière immatérielle si des temps de Gating > 60 s sont nécessaires

Normes et spécifications
La spécification des barrières immatérielles de sécurité MLC 530 SPG satisfait aux normes de sécurité internationales applicables.
Les données du capteur en lui-même correspondent au type 4 (CEI/EN 61496), niveau de performance PL e / catégorie 4 (EN ISO 13849-1) et SIL 3 (CEI 61508). Les capteurs et la documentation associée pour l'intégration de la solution sont certifiés par un organisme indépendant. Tous les aspects à prendre en compte pour l'utilisation sont décrits dans le manuel d'utilisation.

Avantages du Smart Process Gating
• Dimensionnement très compact et peu encombrant de l'installation car aucun espace ne doit être prévu pour les capteurs d'inhibition devant et derrière la barrière immatérielle.
• Fiabilité et disponibilité élevées du dispositif de sécurité avec à la fois des frais d'installation et d'entretien réduits (pas de montage/pas d'alignement/réalignement de capteurs d'inhibition).
• Risque réduit de manipulations par le personnel de l'entreprise.
• Même les pièces ajourées ou les palettes avec des espaces dans le chargement sont transportées sans problèmes.

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