Question : Comment concevoir un circuit de « commande de sécurité à deux mains » à l’aide de doubles vannes pneumatiques pour la protection de l’opérateur ?

Réponse : Pour concevoir une commande de sécurité à deux mains efficace circuit pneumatique les ingénieurs doivent utiliser deux valves à commande manuelle à poussoir normalement fermées, à 3 voies et 2 positions, connectées à un bloc de commande pneumatique de sécurité à deux mains spécialisé, qui agit comme un dispositif logique ET auto-surveillé. Conformément aux normes internationales de sécurité telles que l’EN 574 et l’ISO 13851, le circuit doit exiger que l’opérateur appuie simultanément sur les deux valves à poussoir dans un délai strict de 0,5 seconde. Si un seul bouton est enfoncé ou s’ils sont actionnés séquentiellement avec un décalage trop important, le bloc de commande de sécurité doit bloquer le signal d’air pilote et évacuer en toute sécurité toute pression piégée. Cela empêche les opérateurs de contourner le système de sécurité en maintenant l’un des boutons enfoncé à l’aide d’un lien ou d’un ruban adhésif, garantissant ainsi que les deux mains de l’opérateur soient occupées en toute sécurité, loin des zones de pincement dangereuses, par exemple celles présentes sur les presses pneumatiques, les poinçonneuses à forte puissance ou les dispositifs de serrage lourds pendant le cycle de travail à haute pression.

Introduction : La philosophie de la protection de l’opérateur en pneumatie

Dans la fabrication industrielle moderne, la sécurité des opérateurs constitue un objectif d’ingénierie prioritaire. Les actionneurs pneumatiques sont capables de générer des forces considérables et des mouvements rapides, ce qui représente un risque grave d’écrasement ou d’amputation si les mains d’un opérateur pénètrent dans la zone de travail d’une machine. Les systèmes de commande de sécurité à deux mains constituent le dispositif de contrôle technique standard utilisé pour éliminer ce risque.

En obligeant l’opérateur à utiliser ses deux mains pour déclencher et maintenir le cycle de la machine, le système garantit physiquement que les mains de l’opérateur ne peuvent pas se trouver dans la zone dangereuse lorsque la machine plonge, serre ou coupe. En tant que fabricant de premier plan de composants pneumatiques industriels robustes, AIRWORK fournit aux concepteurs d’automatismes et aux intégrateurs de systèmes les vannes fiables, les blocs de sécurité et les schémas de circuits nécessaires à la mise en œuvre de commandes de sécurité à deux mains robustes, conformes et économiques.

Normes internationales de sécurité et conformité

Lors de la conception d’un système de commande à deux mains, les ingénieurs doivent se conformer aux normes internationales reconnues, principalement la norme ISO 13851 (qui a remplacé la norme EN 574). Ces normes classent les systèmes de commande à deux mains en différents types selon leur niveau d’intégrité fonctionnelle de sécurité :

• Type I : Nécessite deux actionneurs manuels, mais n’impose ni l’actionnement simultané ni la surveillance anti-contournement. Ce type n’est pas adapté aux machines présentant un risque élevé.
• Type II : Exige que les deux actionneurs manuels soient relâchés avant qu’un nouveau cycle puisse être lancé, mais n’impose pas l’actionnement simultané.
• Type III : Le niveau de sécurité le plus élevé. Ce type exige un actionnement simultané : les deux boutons doivent être enfoncés dans un intervalle de 500 millisecondes (0,5 seconde). Si cette condition n’est pas remplie, le système ne s’active pas. Les systèmes de type III sont subdivisés en types III A, III B et III C, selon le degré de redondance et les capacités de surveillance des éléments de commande pneumatique.

Pour les applications pneumatiques les plus dangereuses, telles que les presses ou les postes de serrage, un circuit de sécurité de type III constitue l'exigence normalisée du secteur. Concevoir manuellement un tel système à l'aide de distributeurs logiques standard est extrêmement complexe et sujet à des défaillances ; c'est pourquoi les blocs de sécurité intégrés constituent la solution privilégiée.

Composants essentiels d'un circuit de sécurité à double distributeur

Pour concevoir un circuit de commande de sécurité à deux mains conforme et fiable, vous aurez besoin des composants AIRWORK suivants :

• Deux distributeurs manuels 3/2 voies à bouton-poussoir : ces distributeurs doivent être actionnés manuellement, à rappel par ressort et normalement fermés (NF). Ils doivent être physiquement séparés et protégés par un capot afin d'empêcher toute activation accidentelle par un seul bras, un coude ou un objet lourd.
• Un bloc de commande de sécurité à deux mains AIRWORK : Il constitue le cerveau du circuit de sécurité. Il comporte deux orifices d’entrée pour pilotage et une sortie de signal. À l’intérieur, il intègre un piston coulissant et un ensemble membrane spécialement conçus pour surveiller la montée en pression des deux entrées. Il n’émet un signal pneumatique de pilotage que si les deux entrées sont sous pression dans un délai de 0,5 seconde l’une par rapport à l’autre.
• Une valve directionnelle à 5/2 voies, double pilotage Vanne de contrôle : Cette valve commande le vérin double effet principal. Elle nécessite un signal de pilotage provenant du bloc de sécurité pour passer en position de course de travail.
• Un vérin pneumatique double effet : L'actionneur qui exécute le travail à forte force, équipé de contrôleurs de vitesse appropriés et de capteurs de surveillance de la course.
• Arrêt d’urgence et valves d’échappement : Éléments essentiels permettant de dépressuriser le système en cas de panne électrique ou de situation d’urgence.

Conception étape par étape du circuit et logique de fonctionnement

Comprendre la logique mécanique exacte du circuit de commande à deux mains est essentiel pour l’intégration du système. Le système fonctionne selon quatre phases distinctes :

• Phase 1 : État au repos. En position de repos, les deux boutons-poussoirs sont relâchés. L’alimentation en air comprimé est bloquée au niveau des valves des boutons-poussoirs. Le bloc de commande de sécurité à deux mains ne reçoit aucune pression sur ses ports d’entrée, et son port de sortie est évacué vers l’échappement. La vanne principale à 5/2 voies reste en position initiale, maintenant la tige du vérin entièrement rentrée.
• Phase 2 : Actionnement simultané. L’opérateur appuie sur les deux boutons-poussoirs dans un délai de 0,5 seconde. De l’air comprimé circule depuis les boutons vers les deux orifices d’entrée du bloc de commande de sécurité AIRWORK. Comme les pressions arrivent presque simultanément, le tiroir interne se déplace pour fermer l’échappement et connecter le circuit d’air d’entrée à l’orifice de sortie. Ce signal pilote de sortie est acheminé vers l’orifice pilote de la valve de commande principale 5/2 voies, ce qui déplace le tiroir et fait sortir le vérin pneumatique afin d’effectuer l’opération de serrage ou de pressage.
• Phase 3 : Pression retardée ou annulée. Si l’opérateur tente de contourner le système de sécurité en fixant ou en bloquant un bouton-poussoir à l’aide d’un ruban adhésif, puis appuie ultérieurement sur le deuxième bouton, le bloc de sécurité détecte l’écart temporel. Lorsque le premier bouton est maintenu enfoncé, la pression pénètre par un orifice d’entrée, ce qui déplace la crémaillère interne de sécurité vers une position de verrouillage avec échappement. Lorsque le deuxième bouton est enfoncé, l’air entrant par le deuxième orifice d’entrée est immédiatement évacué par l’échappement du bloc de sécurité. Aucun signal pilote n’est émis et le vérin reste en toute sécurité en position rentrée. Pour réinitialiser le bloc, les deux boutons-poussoirs doivent être entièrement relâchés.
• Phase 4 : Relâchement et retour. Une fois le cycle de travail terminé, l’opérateur relâche les deux boutons-poussoirs. L’alimentation en air vers le bloc de sécurité est coupée et évacuée par l’échappement NC des boutons-poussoirs. Le signal de sortie du bloc de sécurité chute immédiatement, permettant au distributeur principal à 5/2 voies de revenir à sa position par défaut, ce qui ramène le vérin en toute sécurité en position rentrée.

Bonnes pratiques de conception mécanique pour les intégrateurs de systèmes

Pour garantir qu’il est impossible de court-circuiter physiquement le circuit de sécurité, les intégrateurs de systèmes doivent respecter les règles suivantes en matière de conception mécanique :

• Distance physique : Conformément à la réglementation en matière de sécurité, les deux boutons-poussoirs manuels doivent être montés à une distance minimale de 260 millimètres l’un de l’autre (centre à centre). Cette disposition empêche un opérateur d’appuyer simultanément sur les deux boutons avec une seule main, ou avec une main et le coude du même bras.
• Gaines de protection : Chaque bouton doit être intégré dans une gaine ou un boîtier de protection. Cela évite toute activation accidentelle par un outil tombant, un travailleur passant à proximité ou un opérateur s’appuyant involontairement contre le tableau de commande.
• Calcul de la distance de sécurité : Le poste de commande doit être positionné à une distance calculée de sécurité par rapport à la zone dangereuse. Cette distance est déterminée par le temps d’arrêt du vérin pneumatique. L’opérateur ne doit pas pouvoir relâcher les boutons et introduire sa main dans la machine avant que le vérin n’ait complètement arrêté son mouvement dangereux.
• Tuyauterie robuste : utilisez des tubes rigides ou fortement protégés entre les boutons-poussoirs et le bloc de commande de sécurité afin d’éviter toute pincement ou torsion, qui pourrait simuler un signal pilote continu.

Normalisation sur les composants pneumatiques de sécurité AIRWORK

En approvisionnant des valves pneumatiques doubles et des blocs de sécurité à deux mains intégrés auprès d’AIRWORK, les constructeurs de machines OEM et les distributeurs industriels peuvent garantir des opérations hautement fiables. Les valves de sécurité AIRWORK sont conçues avec des tiroirs à faible friction et des ressorts de rappel robustes afin d’assurer des millions de cycles de sécurité sans défaillance, même dans des environnements de fabrication exigeants.

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