Laser de haute performance en toute sécurité

Pilz développe une solution complète de sécurité pour le centre de tests au laser La MEYER WERFT, située à Papenburg, fait partie des chantiers navals les plus modernes dans le monde et jouit d'une excellente réputation dans le secteur de la construction navale. La MEYER WERFT a fait construire en 2012 son laboratoire de recherches pour les techniques de soudage au laser de haute performance afin de poursuivre l'optimisation des technologies de fabrication et des standards de sécurité. Comme les exigences de sécurité sont extrêmement élevées lors du soudage au laser à un niveau de risque maximal, Pilz, fournisseur d'automatismes complets de sécurité, a fourni les composants techniques du système nécessaires et engagé sa responsabilité concernant la gestion du projet.

Photo 1 : MEYER WERFT : bateau de croisière juste avant sa mise à l'eau


Qualité garantie par un process laser moderne

Dans la MEYER WERFT, on opte avec conviction depuis environ 20 ans pour des techniques de soudage au laser. Grâce au process de soudage hybride au laser MSG, la MEYER WERFT a développé une procédure particulière qui combine les technologies modernes de traitement de l'acier au laser avec la procédure conventionnelle de soudage des métaux en atmosphère inerte. Sept grandes installations de soudage au laser sont déjà utilisées avec pour chacune une puissance pouvant atteindre 12 kW. Sur une longueur de 30 mètres, des lasers guidés par portiques assemblent les plaques métalliques avec un niveau d'automatisation très élevé.

Le laboratoire de tests au laser requière des caractéristiques de sécurité particulières

Créé en 2011, le centre de tests pour le soudage au laser en 3D sert à développer et à tester les nouveaux process de fabrication avec des lasers de haute performance. Comme il s'agit d'une extension expérimentale flexible, il a fallu déterminer au préalable l'ensemble des risques et des dangers potentiels liés à l'exploitation d'une telle installation. La MEYER WERFT a chargé le Prof. Dr. Ing. Klaus Dickmann, expert en techniques laser et en sécurité laser, issu de l'école d’enseignement supérieur de Münster, de rédiger un rapport d'expertise sur les principales techniques de sécurité répertoriant l'ensemble des risques manifestes. Conformément à la directive de l'UE sur la sécurité des appareils à laser EN 60825, il faut entreprendre des mesures appropriées pour la réduction des risques et la sécurité. Un concept de sécurité intelligent doit finalement combiner la plus grande marge de manœuvre possible et de liberté nécessaire à un laboratoire de recherches ainsi que le plus haut niveau de sécurité possible.

Photo 2 : Centre laser Meyer Werft
Installation de soudage au laser avec portique dans le hall de fabrication. Dans le laboratoire de recherches conçu pour les techniques de soudure au laser de haute performance de la MEYER WERFT, le système d'automatismes PSS 4000 garantit la sécurité. L'analyse ou la coupure du laser s'effectue en quelques fractions de secondes par le système d'automatismes PSS 4000 de Pilz.

Solution complète de sécurité et prestations de services d'un même fournisseur

Dans le laboratoire au laser situé sur le site de la MEYER WERFT, on utilise un laser de haute performance de la classe 4 avec 10 kW avec une importante intensité de rayonnement présentant un risque pour les hommes. Dans le laboratoire de 4 mètres sur 4, le laser agit en combinaison avec un robot à six axes. Le rapport d'expertise préconise une maçonnerie étanche à la lumière, un modèle de portes ou des fenêtres à double parois qui intègrent des capteurs de lasers actifs, ainsi qu'une pièce séparée et protégée destinée à la commande et au contrôle. Les accès doivent également être sécurisés contre une ouverture sans autorisation et garantir sans aucun doute que plus personne ne se trouve dans la salle de tests lors du démarrage de l'unité laser. En partenariat avec les ingénieurs de la MEYER WERFT, Pilz, fournisseur d'automatismes de sécurité complets, a développé une solution de sécurité sur mesure, qui repose sur les conditions du laboratoire. « Nous avions besoin d'une solution fiable qui surveille les signaux de l'ensemble des capteurs de sécurité, du laser, du robot et de la fenêtre. En situation critique, le système doit se couper en quelques fractions de secondes. », résume Frank Boekhoff, responsable des techniques d'assemblage du service Recherche & Développement de la MEYER WERFT.

Solution de sécurité composée d'un système de commande et de capteurs

Au cœur de cette solution se trouve le système d'automatismes PSS 4000 pour la sécurité et le standard. En tant qu'instance centralisée, ce système gère des tâches d’automatismes simples et complexes et représente une interaction optimale entre les composants matériels et logiciels.

Dans le laboratoire de tests, la commande PSSuniversal PLC du système d'automatismes PSS 4000 surveille les signaux importants de sécurité tels que le mode de fonctionnement, l'arrêt d'urgence et les protecteurs mobiles avec verrouillage. Les portes et les fenêtres du laboratoire sont équipées de capteurs de lasers : si le rayon laser percute, quelle qu'en soit la raison, l'un de ces éléments, le capteur de lasers l'enregistre : l'analyse ou la coupure du laser s'effectue en quelques fractions de secondes par le système d'automatismes PSS 4000 qui est directement relié au circuit d'arrêt d'urgence de l'appareil à lasers. Afin qu'une ouverture volontaire ou involontaire des deux portes d'accès ne devienne pas dangereuse, celles-ci sont sécurisées avec le système de sécurité pour protecteurs mobiles PSENsgate de Pilz. Ce dernier combine la surveillance en toute sécurité des protecteurs mobiles avec l'interverrouillage en toute sécurité dans un même système. Les exigences maximales de sécurité sont satisfaites jusqu'au niveau de performance (PL) e ou au niveau d'intégrité de sécurité (SIL) 3. Une personne enfermée accidentellement peut ainsi quitter la zone dangereuse sans problème. Le redémarrage de l'installation n'est possible que lorsque plusieurs fonctions de sécurisation et d'acquittement ont pu constater de manière incontestable que personne ne se trouve plus dans le laboratoire de tests. Cela est pris en charge par de nombreux boutons-poussoirs d'arrêt d'urgence et un témoin lumineux installés dans la zone de travail ainsi qu'un avertisseur sonore qui signale de manière acoustique un redémarrage sur le point de se produire. L'exploitant de l'installation garde un contact visuel avec la salle du laboratoire à partir de la fenêtre qui communique avec la salle de contrôle ainsi que par les nombreuses caméras installées. L'installation peut être exploitée et commandée avec différents modes de fonctionnement grâce au sélecteur du mode de fonctionnement PITmode. Il offre deux fonctions en même temps : la sélection du mode de fonctionnement et la réglementation des autorisations d'accès à la machine. Le sélecteur de modes de fonctionnement permet de commuter entre des modes de fonctionnement définis. Chaque utilisateur obtient une validation pour les machines en fonction de leurs compétences et qualifications, ce qui garantit une plus grande infraudabilité. Le rôle du système de commande PSSuniversal PLC est de surveiller les signaux de sécurité et standard et de garantir en cas de danger une coupure immédiate.

Photo 3 : Fenêtre de contrôle pour le centre laser avec console de commande
Dans le laboratoire de tests, la commande PSSuniversal PLC du système d'automatismes PSS 4000 surveille les signaux importants de sécurité tels que le mode de fonctionnement et l'arrêt d'urgence.

Des conseils exhaustifs et des prestations de services complètes apportent des avantages

Ce projet nécessitait une solution unique en son genre, et Pilz a su fournir des conseils et des prestations de services de qualité. En commençant par la phase de conception, Pilz a pris en charge la gestion complète du projet et assumé sa responsabilité en tant que maître d'œuvre de la supervision des travaux et du montage, jusqu'à la mise en service et l'homologation de l'installation. Dans le cadre de la conception matérielle, Pilz a fourni les clarifications techniques, créé le schéma de raccordement, établi la nomenclature ainsi que la documentation sous forme électronique. La création du projet logiciel comprend les prestations telles que les explications techniques, la rédaction du cahier des charges, la spécification de la conception, le codage du programme d'application ainsi que la préparation du protocole de validation (safety check). La planification et la fabrication de l'armoire électrique, du pupitre de commande, et la vérification de niveau de performance atteint selon l'EN ISO 13849-1 ont complété la prestation. « La solution complète de sécurité avec PSS 4000 qui a été retenue est fiable et réalisable, et les composants mécaniques sont excellents. Grâce à ses prestations de services complètes, Pilz a démontré ses vastes compétences dans le domaine des automatismes, de la sécurité et de l'attention portée aux clients. » conclut Frank Boekhoff.

Photo 4 : Système de sécurité pour protecteurs mobiles PSENsgate L'ouverture des deux portes d'accès est sécurisée par le système de sécurité pour protecteurs mobiles PSENsgate, également de Pilz. Ce dernier combine la surveillance en toute sécurité des protecteurs mobiles avec l'interverrouillage en toute sécurité dans un même système.

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