Faire fi de la sécurité
Pourquoi les arrêts d'urgence sans fil constituent le chaînon manquant dans les opérations robotiques
Alors que les systèmes autonomes se généralisent, de nombreux équipementiers et intégrateurs continuent de recourir à des arrêts d'urgence fixes et câblés, qui n'ont jamais été conçus pour s'adapter au fonctionnement actuel des robots. Or, la gamme de solutions de sécurité sans fil de Cattron offre une alternative dont beaucoup d'acteurs du secteur ignorent encore l'existence.
Une photo circule depuis quelques mois parmi les professionnels de la sécurité au travail. On y voit un système robotique sophistiqué en train de décharger des cartons palettisés à l'intérieur d'un conteneur d'expédition. Le robot est rapide, précis et impressionnant. Un opérateur humain le surveille, la main suspendue au-dessus d'un bouton d'arrêt d'urgence fixe fixé à un poteau, sans rien faire d'autre que regarder. Il se contente de regarder.
Cette image illustre, en une seule image, le paradoxe central de l’automatisation industrielle moderne. Les entreprises investissent massivement dans des systèmes robotiques pour améliorer leur efficacité et réduire leurs coûts de main-d'œuvre, puis affectent une personne à rester à côté d'un bouton, au cas où. C'est le genre de dispositif qui avait du sens lorsque les cellules de travail robotisées étaient confinées dans des zones clôturées au sein des usines automobiles. Cela a nettement moins de sens lorsque le robot se trouve à l'intérieur d'une remorque, se déplaçant de manière autonome dans un entrepôt ou fonctionnant aux côtés de personnel non formé dans un centre de distribution.
« Il y a des gens qui ne connaissent pas cette technologie », a déclaré Mark Densley, directeur des ventes – Automatisation industrielle chez Cattron. « Ils ne savent pas qu’il est possible de disposer de boutons d’arrêt d’urgence sans fil bénéficiant d’un tel niveau de certification de sécurité. » Lors d’un récent salon professionnel, M. Densley a raconté une conversation qu’il a eue avec un ingénieur d’un grand constructeur automobile qui ne croyait tout simplement pas que les systèmes d’arrêt d’urgence sans fil pouvaient atteindre les mêmes niveaux de sécurité que leurs équivalents câblés.
« Ils le peuvent », l’assura Densley. « Et de plus en plus, ils le doivent. »
Problèmes d'accessibilité liés aux arrêts d'urgence câblés
La limite fondamentale d'un arrêt d'urgence câblé réside dans le fait qu'il nécessite la présence physique d'un opérateur à proximité du bouton en cas de problème. Dans une cellule de travail robotisée traditionnelle, cela impliquait d'installer des boutons d'arrêt d'urgence à des emplacements prévisibles autour d'un périmètre clôturé. L'opérateur savait où se trouvaient ces boutons, car l'espace de travail du robot était fixe et bien défini.
Ce modèle perd de sa pertinence à mesure que les applications robotiques s’étendent à des environnements plus dynamiques. Des véhicules à guidage autonome circulent librement dans les entrepôts. Des bras robotiques d’une portée de 20 pieds se déplacent à des vitesses telles que le simple fait de s’approcher d’un bouton fixe devient un danger en soi. Les systèmes de convoyage s'étendent à travers les installations, où l'arrêt d'urgence le plus proche peut se trouver à des dizaines de yards du point de défaillance. Dans chaque cas, l'arrêt d'urgence câblé reste fiable à l'endroit où il est installé, mais la distance entre ce point et l'opérateur qui en a besoin crée un fossé qui s'agrandit à mesure que l'automatisation gagne en complexité.
« L’accessibilité est le principal défi », a déclaré Rebecca Weber, chef de produit pour les solutions industrielles chez Cattron. « À mesure que l’automatisation gagne en sophistication, les risques encourus par un opérateur qui tente d’accéder à un arrêt d’urgence monté à proximité augmentent de manière exponentielle. »
Il existe également un enjeu pratique lié à l'infrastructure. Le câblage des arrêts d'urgence dans les systèmes robotiques entraîne une augmentation des coûts, une complexité accrue et la création de points de défaillance potentiels. Un fabricant de composants électroniques déploie actuellement des arrêts d'urgence sans fil Cattron sur un système d'entrée, dans le but précis d'éliminer les frais liés au passage des câbles dans l'installation, supprimant ainsi à la fois les risques de trébuchement et la charge d'entretien en une seule et même décision.
Deux solutions d'arrêt d'urgence sans fil, deux niveaux de sécurité
Cattron répond au défi que représentent les arrêts d'urgence sans fil grâce à deux produits complémentaires conçus pour différents profils de risque et différentes exigences fonctionnelles.
Le Safe-E-Stop™est un système certifié SIL 3, évalué et certifié par TÜV Nord conformément à la norme CEI 61508. Il se compose d’un dispositif de sécurité personnel, de la taille d’une radio portable environ, qui se fixe à la ceinture ou au gilet de l’opérateur, et d’un dispositif de sécurité de la machine raccordé en série au circuit d’arrêt d’urgence câblé existant. Le système offre un temps de réponse typique de l'arrêt d'urgence de 320 millisecondes, fonctionne à des distances supérieures à 100 mètres et prend en charge jusqu'à cinq dispositifs de sécurité personnels reliés simultanément à un seul dispositif de sécurité de la machine. Les batteries ont une autonomie de plus de 14 heures avec une seule charge, ce qui couvre plusieurs équipes de travail. Les dispositifs personnels sont disponibles en cinq couleurs pour faciliter leur identification au sein des équipes et des zones.
Le niveau SIL 3 revêt une importance particulière dans les environnements où du personnel non formé peut être présent. Dans le cadre de déploiements à grande échelle d’AGV dans des entrepôts, par exemple, les véhicules autonomes partagent l’espace avec des magasiniers qui peuvent avoir une connaissance limitée de ces équipements. Ce niveau d’intégrité de sécurité plus élevé tient compte de ce risque d’exposition accru.
Le Safe-D-Stop™est homologué PL-d selon la norme EN/ISO 13849 et est spécialement conçu pour les applications de sécurité des machines. Il offre la même commodité sans fil que le Safe-E-Stop, tout en intégrant des fonctionnalités supplémentaires qui le distinguent d’un simple dispositif d’arrêt. Outre son interrupteur d'arrêt lumineux de niveau PL-d, le Safe-D-Stop comprend deux interrupteurs à bascule réversibles de niveau PL-d pouvant être configurés pour des fonctions de commande auxiliaires. Sa portée d'action s'étend jusqu'à 180 mètres et son autonomie dépasse 65 heures avec des piles alcalines AA standard.
Ces interrupteurs à bascule ouvrent la voie à des applications qui vont bien au-delà de l'arrêt d'urgence. Dans les applications de véhicules guidés (AGV) et de chariots élévateurs autonomes, les clients les utilisent pour exécuter des séquences de maintenance. Un opérateur de chariot élévateur autonome a programmé l’amplitude complète de mouvement des fourches de son chariot via une simple pression sur un interrupteur à bascule, permettant ainsi à un technicien de maintenance de faire fonctionner l’ensemble du mécanisme sans avoir à revenir au panneau IHM. Une grande entreprise de transport et de logistique utilise exclusivement le Safe-D-Stop comme télécommande de maintenance, ce qui permet à un seul technicien de positionner l’équipement pour le dépannage depuis la machine, plutôt que de devoir faire appel à une deuxième personne devant un écran tactile distant.
« Cela a permis de libérer une personne de cette tâche de maintenance », a déclaré M. Densley. « Auparavant, il fallait deux personnes : l’une surveillait la machine et s’occupait du dépannage, tandis que l’autre, située assez loin, devant l’interface homme-machine (IHM), la commandait pour la mettre en position de maintenance. Désormais, une seule personne peut s’en charger depuis l’endroit même où elle se trouve. »
La distinction entre ces deux produits se reflète directement dans l'évaluation des risques. Le niveau PL-d est largement accepté pour la plupart des applications industrielles impliquant du personnel formé. Le niveau SIL 3 est requis lorsque des personnes non formées sont susceptibles d'entrer en contact avec l'équipement, ou lorsque les conséquences d'une défaillance exigent le niveau d'intégrité le plus élevé. La probabilité de défaillance du Safe-E-Stop de Cattron est certifiée entre 1 140 et 11 140 ans.
L'aspect « machine » de l'équation de l'arrêt d'urgence
La liaison sans fil entre l'opérateur et la machine n'a de valeur que si le récepteur est capable de traduire la commande d'arrêt en action concrète. L'unité de commande multi-interface XBMCU de Cattron fait office de contrôleur côté machine pour le Safe-D-Stop et élargit considérablement les possibilités d'intégration. L’XBMCU prend en charge les protocoles PROFINET, Ethernet/IP, double bus CAN et Modbus RS485, offrant ainsi aux intégrateurs de systèmes la flexibilité nécessaire pour déployer le même matériel, que l’application utilise des protocoles basés sur Ethernet, courants dans l’automatisation industrielle traditionnelle, ou des protocoles basés sur CAN, largement répandus dans le secteur minier et les engins de chantier semi-autonomes.
Le XBMCU permet également la communication de machine à machine grâce au protocole RF crypté de Cattron. Dans une application de construction semi-autonome, deux grands bras robotiques évoluant sur des voies opposées utilisent le XBMCU pour échanger des données de capteurs en temps réel. Si l’un des bras détecte un désalignement ou un décalage de synchronisation, le système interrompt immédiatement l’opération, protégeant ainsi des équipements pouvant valoir des centaines de milliers de dollars, voire plus. Dans ce cas précis, le système de sécurité protège non seulement les opérateurs humains, mais aussi les machines elles-mêmes.
L'intégration aux circuits de sécurité existants est très simple. Le récepteur Cattron est connecté en série avec le circuit d'arrêt d'urgence câblé existant, apparaissant ainsi au système de sécurité comme un point d'arrêt physique supplémentaire dans la boucle. L'appareil sans fil permet simplement d'étendre ce point jusqu'à l'endroit où se trouve l'opérateur.
Rester en contact d'un service à l'autre
L'un des défis pratiques liés aux opérations autonomes 24 heures sur 24 réside dans la gestion des arrêts d'urgence sans fil lors des changements d'équipe, sans pour autant interrompre la production. Cattron résout ce problème grâce à son procédé breveté « Link and D-Link », qui permet aux opérateurs de connecter et de déconnecter en toute sécurité leurs dispositifs d'arrêt d'urgence personnels du circuit de sécurité en appuyant intentionnellement sur une séquence de boutons. Sans cette fonctionnalité, la mise hors ligne d'un dispositif d'arrêt d'urgence sans fil, qu'elle soit due à un changement d'équipe ou à un remplacement de batterie, serait interprétée comme une rupture du circuit et entraînerait l'arrêt de l'ensemble du système.
La configuration et la mise en service s’effectuent viaCattronLink, l’outil de programmation sans fil de Cattron compatible avec Bluetooth 5 et les versions ultérieures. Pour les déploiements XBMCU et CBMCU, les nouveaux systèmes peuvent être mis en service grâce à ce que M. Weber a décrit comme un « mécanisme de copier-coller », permettant de reproduire les configurations sur plusieurs AGV ou cellules robotisées sans avoir à repartir de zéro à chaque fois. Pour les installations Safe-E-Stop basées sur des relais, un technicien qualifié peut passer du déballage à la mise en service en moins d’une demi-journée. Les systèmes Cattron basés sur le XBMCU, grâce à leur interface « plug-and-play » à deux connecteurs, peuvent être mis en service encore plus rapidement.
Ce que le marché ignore
Lorsqu'on leur a demandé de citer l'élément le plus important que les équipementiers en robotique et les intégrateurs de systèmes devaient comprendre au sujet des arrêts d'urgence sans fil, M. Weber et M. Densley ont tous deux donné la même réponse : cette technologie existe bel et bien, et elle respecte, voire dépasse, les normes de sécurité des systèmes câblés.
Ce manque de sensibilisation représente à la fois un défi et une opportunité pour le marché. Les cellules de travail robotisées se sont étendues du soudage automobile à l’alimentation des machines, à la palettisation, à la gestion des entrepôts, au contrôle des convoyeurs et même à la gestion des véhicules autonomes : un grand constructeur automobile utilise ainsi des arrêts d’urgence sans fil pour surveiller les voitures électriques qui sortent seules de la chaîne de montage et se garent de manière autonome dans le parc. Un grand exploitant de parcs d’attractions s’appuie sur des arrêts d’urgence sans fil certifiés SIL 3 comme couche de sécurité dédiée pour ses personnages animatroniques autonomes qui interagissent à courte distance avec les visiteurs, y compris les enfants.
Il ne s'agit pas là de cas marginaux. Ce sont des indicateurs de la direction que prend l'automatisation et des domaines dans lesquels les systèmes de sécurité traditionnels câblés se révèlent de plus en plus insuffisants. Comme l'a souligné M. Weber, les arrêts d'urgence sans fil constituent « la clé pour ouvrir la voie à la prochaine génération de commandes autonomes sécurisées ».
Pour l'opérateur qui se tient à côté de ce robot, la main suspendue au-dessus d'un bouton, le message est simple : accrochez-le à votre ceinture, reculez et laissez la machine faire son travail, pendant que vous faites le vôtre.