Sécurité fonctionnelle des moteurs linéaires industriels

22 novembre 2021

Système d'entraînement sécurisé et standardisé – Jusqu'à présent, les constructeurs de machines devaient se débrouiller seuls pour garantir la sécurité fonctionnelle des moteurs linéaires dynamiques. Désormais, une solution complète est disponible, simplifiant considérablement ce processus : LinMot, fabricant de moteurs linéaires, a intégré des dispositifs de sécurité et de nouvelles fonctions directement dans le moteur et le contrôleur, tout en assurant la compatibilité avec les produits existants. Ainsi, les machines, qu'elles soient nouvelles ou existantes, bénéficient pleinement des nombreux avantages de cette technologie de sécurité intégrée.

Les moteurs linéaires sont particulièrement appréciés des fabricants de technologies de manutention et d'assemblage, de machines d'emballage et de solutions d'automatisation de laboratoire, ainsi que de nombreux autres produits, pour leur flexibilité et leur dynamisme. Cependant, les fortes accélérations et forces générées lors de leur fonctionnement présentent également un risque potentiel pour les opérateurs et les machines elles-mêmes. Par conséquent, les entraînements concernés doivent être efficacement protégés ou surveillés par des systèmes de sécurité et, en cas d'urgence, mis hors tension afin de minimiser les risques pendant le fonctionnement et de se conformer aux exigences de la directive Machines en vigueur.

Les valeurs élevées de course et d'accélération que peuvent atteindre les moteurs linéaires posent des défis quasi insurmontables aux technologies de sécurité conventionnelles. L'une des fonctions de sécurité les plus courantes et fondamentales consiste à déconnecter le moteur de l'alimentation électrique (arrêt de sécurité du couple, STO). Le temps d'arrêt requis varie selon la puissance à couper et le relais utilisé. Pour les moteurs couramment utilisés en mécanique générale, il est généralement de l'ordre de 20 à 50 ms. Ceci est généralement suffisant pour les moteurs rotatifs et les fonctions STO les plus simples, qui attendent l'ouverture du clapet de sécurité. Cependant, ces longs temps d'arrêt posent un problème de sécurité pour les moteurs linéaires plus dynamiques, car ces derniers restent sous tension même à l'état de sécurité avec la plupart des dispositifs de sécurité fonctionnelle, tels que la limitation de vitesse de sécurité, et peuvent atteindre des vitesses de course élevées en très peu de temps. Des temps de réaction nettement plus courts sont donc nécessaires pour garantir le niveau de sécurité requis. Ceci implique l'intégration de la fonction de sécurité requise directement dans le contrôleur. LinMot a donc développé une solution de sécurité intégrée correspondante pour ses moteurs linéaires, avec les temps de réaction les plus courts possibles, et l'a fait certifier par TÜV Nord.

Ensemble complet de sécurité certifié pour les applications de moteurs linéaires

Fin 2021, le fabricant de systèmes de moteurs linéaires industriels lancera sa nouvelle gamme de servomoteurs C1251 dotée d'une technologie de sécurité intégrée. Parallèlement, l'entreprise proposera ses moteurs linéaires de la gamme P01, déjà bien établis, avec un système d'encodeur de sécurité. L'ensemble forme une solution complète et certifiée.

 

Cela signifie que, pour la première fois, les utilisateurs de moteurs linéaires ont accès à un système d'entraînement sécurisé, comme c'est le cas depuis longtemps pour les moteurs rotatifs. Fini le temps où il fallait combiner des produits de différents fabricants et garantir soi-même la sécurité fonctionnelle sous tous ses aspects. La réduction des efforts de certification pour l'utilisateur est loin d'être négligeable. En effet, toutes les combinaisons d'un entraînement et d'un contrôleur sécurisés ne sont pas intrinsèquement sûres, et la vérification correspondante est complexe et chronophage. Avec LinMot, en revanche, le système composé d'un contrôleur et d'un moteur sécurisés (avec codeur) est certifié par défaut.

Conception identique malgré les dispositifs de sécurité intégrés

Pour développer ses nouvelles gammes de produits, LinMot s'est appuyé sur son expertise reconnue en matière de moteurs et de contrôleurs afin d'offrir aux utilisateurs une technologie de pointe et de faciliter l'intégration dans les machines existantes et nouvelles. La gamme de variateurs C1251, par exemple, repose sur la technologie d'entraînement de la gamme de servovariateurs C1250. Afin d'assurer une transition en douceur, les composants logiciels non liés à la sécurité des contrôleurs existants ont été repris pour la nouvelle gamme de variateurs C1251. Les nouvelles fonctions de sécurité peuvent être ajoutées grâce au logiciel de configuration LinMot-Talk, spécialement conçu à cet effet. Elles sont ainsi directement intégrées au contrôleur et ne nécessitent aucun matériel supplémentaire, ce qui permet de réduire les délais de mise en service et d'améliorer la rentabilité grâce à une conception optimisée et un câblage simplifié.

 

Même avec les moteurs linéaires, la conception compacte et les conditions de fonctionnement admissibles ont pu être préservées malgré le système d'encodeur de sécurité supplémentaire requis. En effet, LinMot, en collaboration avec TÜV Nord, a adapté son système d'encodeur éprouvé spécifiquement à ces moteurs afin de répondre aux exigences de sécurité. Les constructeurs de machines peuvent ainsi proposer des machines de conception identique, avec et sans fonctions de sécurité, côte à côte, avec un minimum d'efforts supplémentaires et de manière particulièrement économique.

Nouvelles fonctionnalités de la « sécurité fonctionnelle »

Le fabricant de systèmes linéaires s'est également attaché à simplifier considérablement la manipulation des variateurs lors de leur développement. Il est désormais possible de définir l'interface de communication avec le système de commande machine par logiciel. Les constructeurs de machines n'ont ainsi plus besoin de stocker différents variateurs ou modules de communication pour chaque groupe de clients. Un seul produit permet de répondre aux spécifications nécessitant l'utilisation de divers protocoles de communication ou systèmes de commande machine. De série, un seul variateur est compatible avec tous les bus courants tels que PROFINET, EtherCAT, Ethernet IP, Sercos et POWERLINK.

 

L'ensemble moteur-variateur est intégré au système de sécurité via des connexions de bus sécurisées. LinMot a été pionnier en la matière avec PROFIsafe. D'autres profils de sécurité, tels que la sécurité sur EtherCAT et la sécurité CIP, sont en cours de développement ou de certification. Par ailleurs, jusqu'à deux des fonctions de sécurité intégrées sont accessibles par le contrôleur de sécurité via des E/S numériques sécurisées.

Chez LinMot, les solutions d'entraînement sûres et « grises » ne diffèrent ni en termes de conception ni en termes d'encombrement.

Outre ces E/S sécurisées supplémentaires, les ingénieurs de LinMot ont doté les variateurs de la série C1251 d'un lecteur de carte mémoire. La configuration du variateur, y compris celle des fonctions de sécurité, est enregistrée sur la carte SD correspondante et peut être chargée par le variateur lors de son insertion. Ceci permet un remplacement aisé du variateur sans perte de données, ou la programmation de nouveaux variateurs avec le logiciel souhaité : il suffit d'insérer la carte mémoire contenant les données dans le contrôleur. Les données seront alors lues au prochain démarrage du variateur. Cette opération ne nécessite ni ordinateur ni logiciel LinMot-Talk, ce qui simplifie et accélère la maintenance et la production. La validation de la configuration de sécurité peut également être effectuée directement sur le variateur en saisissant manuellement la somme de contrôle à l'aide des commutateurs rotatifs dédiés, sans nécessiter d'ordinateur sur site.

Solution à câble unique également pour la sécurité fonctionnelle

Depuis 1997, LinMot utilise une solution à câble unique pour connecter le variateur et le moteur. L'entreprise applique ce concept éprouvé à sa solution de sécurité. Le câble d'alimentation et de signal, déjà utilisé dans les générations précédentes, est désormais intégré au système de sécurité, éliminant ainsi le besoin de câbles séparés. Les utilisateurs de moteurs LinMot n'ont donc plus à gérer de câbles distincts pour le signal de l'encodeur et l'alimentation, ni les connecteurs nécessaires, même avec les variateurs de sécurité. Ceci réduit considérablement les coûts et les efforts liés à l'ingénierie, l'assemblage, le stockage et la maintenance. Parmi les autres avantages, citons un encombrement réduit, une diminution des risques de panne et, par conséquent, une disponibilité système accrue.
Des profils de communication sélectionnables par logiciel et une carte SD pour la sauvegarde des données permettent de réduire les coûts de stockage, de logistique, de pièces détachées et de maintenance.

Conclusion et perspectives : Système modulaire de pointe pour le mouvement linéaire

Depuis 1997, LinMot utilise une solution à câble unique pour connecter le variateur et le moteur. L'entreprise applique ce concept éprouvé à sa solution de sécurité. Le câble d'alimentation et de signal, déjà utilisé dans les générations précédentes, est désormais intégré au système de sécurité, éliminant ainsi le besoin de câbles séparés. Les utilisateurs de moteurs LinMot n'ont donc plus à gérer de câbles distincts pour le signal de l'encodeur et l'alimentation, ni les connecteurs nécessaires, même avec les variateurs de sécurité. Ceci réduit considérablement les coûts et les efforts liés à l'ingénierie, l'assemblage, le stockage et la maintenance. Parmi les autres avantages, citons un encombrement réduit, une diminution des risques de panne et, par conséquent, une disponibilité système accrue.
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