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Calculs de la distance de sécurité
Calcul de la distance de sécurité
Les sources de danger doivent être en état de sécurité avant que l’opérateur puisse pénétrer dans la zone de danger. Pour le calcul de la distance de sécurité, il existe deux groupes de normes. Dans ce chapitre, ces normes sont regroupées ainsi :
I
SO EN : (ISO 13855 et EN 999)
US CAN (ANSI B11.19, ANSI RIA R15.06 et CAN/CSA Z434-03)
Formule
La distance de sécurité minimale dépend du temps requis pour traiter la commande d’arrêt et sur quelle distance l’opérateur peut pénétrer dans la zone de détection avant d’être détecté. La formule utilisée dans le monte entier a la même forme est les mêmes critères. Les différences sont les symboles utilisés pour représenter les variables et les unités de mesure.
Les formules sont les suivantes :
ISO EN : S = K x T + C
+ Dpf US CAN : Ds = K x (Ts + Tc + Tr + Tbm)
Où : Ds et S sont la distance de sécurité minimale entre la zone de danger et le point de détection le plus proche.
Angle d’approche
Pour le calcul de la distance de sécurité lorsqu’une barrière immatérielle ou un scrutateur de zone est utilisé, l’angle d’approche vers le dispositif de détection doit être pris en considération.
Trois angles d’approche sont prises en considération :
Normale – approche perpendiculaire au plan de détection ;
Horizontale – approche parallèle au plan de détection ;
Suivant un angle – approche à un certain angle de la zone de détection.
Constante de vitesse
K est la constante de vitesse. La valeur de la constante de vitesse dépend des mouvements de l’opérateur (c’est-à-dire le mouvement des mains, la vitesse de déplacement et la longueur des pas). Ce paramètre est basé sur des recherches qui montrent que l’on peut raisonnablement considérer une vitesse de 1 600 mm/s (63 in/s) pour le déplacement des mains d’un opérateur lorsque son corps est stationnaire. Les conditions réelles d’application sont toutefois à prendre en compte. En règle générale, la vitesse d’approche varie entre
1 600 mm/s (63 in/s) et 2 500 mm/s (100 in/s). La constante de vitesse appropriée doit être déterminée par l’évaluation du risque.
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Systèmes de commande de sécurité pour machines
Délai d’arrêt
T est le temps nécessaire pour arrêter le système. La durée totale, en secondes, commence au moment où le signal d’arrêt est initié jusqu’à la fin du danger. Cette durée peut être divisée selon ses différentes composantes (Ts, Tc, Tr et Tbm) pour faciliter l’analyse. Ts est le temps le plus long pour arrêter la machine/équipement Tc est le temps le plus long pour arrêter le système de commande Tr est le temps de réponse du dispositif de protection, notamment son interface. Tbm est le temps d’arrêt supplémentaire autorisé par le contrôleur de freinage avant de détecter une détérioration du temps d’arrêt qui dépasse les limites prédéfinies par l’utilisateur. Tbm est utilisé avec des presses mécaniques rotatives. Ts + Tc + Tr sont généralement mesurés par un dispositif de mesure du temps d’arrêt si les valeurs sont inconnues.
Facteurs de pénétration
Le facteur de pénétration est représenté par les symboles C et Dpf. Il s’agit de la distance de déplacement maximale vers la source de danger avant la détection par le dispositif de protection. Le facteur de pénétration change selon le type de dispositif et d’application. La norme appropriée doit être vérifiée afin de déterminer quel est le meilleur facteur de pénétration. Pour une approche normale d’une barrière immatérielle ou d’un scrutateur de zone, dont la sensibilité de détection est inférieure à 64 mm (2,5 in), les normes ANSI et canadiennes utilisent :
Dpf = 3,4 x (Sensibilité de détection – 6,875 mm), mais pas moins de 0.
Pour une approche normale d’une barrière immatérielle ou d’un scrutateur de zone, dont la sensibilité de détection est inférieure à 40 mm (1,57 in), les normes ISO et EN utilisent :
C = 8 x (sensibilité de détection – 14 mm), mais pas moins de 0.
Ces deux formules ont un point d’intersection de 19,3 mm. Pour la détection d’objets inférieurs
à 19 mm, l’approche US CAN est plus restrictive ; en effet, la barrière immatérielle ou le scrutateur de zone doit être placé plus loin de la source de danger. Pour la détection d’objets supérieurs à 19,3 mm, la norme ISO EN est plus restrictive. Les fabricants de machines qui construisent des machines destinées au marché international doivent utiliser le cas le plus défavorable des deux équations.
Applications à pénétration traversante
Pour la détection de plus grands objets, les normes US CAN et ISO EN diffèrent légèrement en ce qui concerne le facteur de pénétration et la sensibilité aux objets. La figure 5.2 résume ces différences. La valeur ISO EN est de 850 mm alors que la valeur US CAN est de 900 mm.
Les normes diffèrent également par leur sensibilité aux objets. Alors que la norme ISO
EN permet 40 à 70 mm, la norme US CAN permet jusqu’à 600 mm.
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Calculs de la distance de sécurité
Applications à pénétration par dessus
Les deux normes prescrivent que la hauteur minimale du faisceau le plus bas doit être de
300 mm, mais elles diffèrent en ce qui concerne la hauteur minimale du faisceau le plus haut.
La norme ISO EN stipule 900 mm, alors que la norme US CAN impose 1 200 mm. La valeur pour le faisceau le plus haut semble être purement théorique. Si l’on considère qu’il s’agit d’une application à pénétration traversante, la hauteur du faisceau le plus haut doit être bien supérieure pour le cas d’un opérateur se tenant debout. Si l’opérateur peut passer par dessus le plan de détection, le critère de pénétration par dessus s’applique.
Un ou plusieurs faisceaux
Les faisceaux unique ou multiples sont définis plus précisément par les normes ISO EN. La figure ci-après montre les hauteurs « pratiques » des faisceaux multiples par rapport au sol. La pénétration est de 850 mm dans la plupart des cas et 1 200 mm pour l’utilisation du faisceau unique. En comparaison, l’approche US CAN prend cela en considération à travers les critères de la pénétration traversante. La pénétration par dessus, en dessous ou par le côté d’un ou plusieurs faisceaux doit toujours être prise en considération.
2
3
Nombre de faisceaux
1
4
Calcul de la distance
Hauteur par rapport au sol (mm)
750
400, 900
300, 700, 1 100
300, 600, 900, 1 200
C (mm)
1 200
850
850
850
Dans le cas d’une approche normale d’une barrière immatérielle, le calcul de la distance de sécurité pour les normes ISO EN et US CAN est proche, mais il existe des différences. Dans le cas d’une approche normale d’une barrière immatérielle verticale pour laquelle la détection d’objets est au maximum de 40 m, l’approche ISO EN requiert deux étapes. Il faut d’abord calculer S en utilisant 2 000 comme constante de vitesse.
S = 2 000 x T + 8 x (d -1 4)
La distance minimale de S est 100 mm.
Une deuxième étape peut être utilisée lorsque la distance est supérieure à 500 mm. Dans ce cas, la valeur de K peut être réduite à 1 600. Avec K = 1 600, la valeur minimale de S est 500 mm.
La norme US CAN utilise une approche à une seule étape : Ds = 1 600 x T * Dpf
Ceci conduit à des différences supérieures à 5 % entre les normes, lorsque le temps de réponse est inférieur à 560 ms.
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Systèmes de commande de sécurité pour machines
Approche selon un angle
La plupart des installations qui utilisent des barrières immatérielles et scrutateurs sont montées verticalement (approche normale) ou horizontalement (approche en parallèle). Ces installations ne sont pas considérées comme ayant un angle si elles sont à ±5
° de la configuration prévue à la conception. Lorsque l’angle est supérieur à ±5
°, les risques potentiels (p. ex., distance plus courte) posés par les différentes approches prévisibles doivent être pris en considération. En général, des angles supérieurs à 30
° par rapport au plan de référence (p. ex. le sol) doivent être considérés comme normaux et les angles inférieurs à 30 doivent être considérés comme parallèles.
Tapis de sécurité
Avec les tapis de sécurité, la distance de sécurité doit prendre en considération la vitesse de déplacement et la foulée des opérateurs. Etant entendu que l’opérateur se déplace et que le tapis de sécurité est fixé au sol, le premier pas de l’opérateur sur le tapis est un facteur de pénétration de 1 200 mm (48 in). Si l’opérateur doit monter sur la plate-forme, le facteur de pénétration peut être réduit d’un facteur de 40 % de la hauteur de la marche.
Exemple
Exemple : Un opérateur approche normalement d’une barrière immatérielle de 14 mm, qui est connectée à un relais de surveillance de sécurité, lui-même raccordé à un contacteur d’alimentation c.c. avec atténuateur à diode. Le temps de réponse du système de sécurité (Tr) est 20 + 15 + 95 = 130 ms. Le délai d’arrêt de la machine (Ts+Tc) est 170 ms. Aucun contrôleur de freinage n’est utilisé. La valeur Dpf est 2,54 cm (1 in) et la valeur C est 0. Le calcul est le suivant :
Dpf = 3,4 (14 – 6,875) = 24,2 mm (1 in ) C = 8 (14-14) = 0
Ds = K x (Ts + Tc + Tr + Tbm) + Dpf
Ds = 63 x (0,17 + 0,13 + 0) + 1
Ds = 63 x (0,3) + 1
Ds = 18,9 + 1
Ds = 505 mm (19,9 in)
S = K x T + C
S = 1 600 x (0,3) + 0
S = 480 mm (18,9 in)
Par conséquent, la distance de sécurité minimale à laquelle la barrière immatérielle doit être montée par rapport à la source de danger est de 508 mm (20 in) ; pour pouvoir utiliser la machine n’importe où dans le monde.
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