Traitement de Signaux SIL2 : Solutions Innovantes pour le Levage Industriel

Le Levage Industriel : Défis, Innovations et Solutions Certifiées SIL2

L'industrie du levage comprend toutes les activités liées à la conception, à la production, à la vente et à l'utilisation de matériels de levage tels que

• les grues,
• les élévateurs,
• les treuils,
• les ponts roulants,
• les palans,
• les charges suspendues.

Les entreprises de levage fournissent souvent des services de location, de maintenance et de formation pour les utilisateurs de leurs produits.

Cette industrie est cruciale pour de nombreuses autres industries, telles que la construction, la métallurgie, la logistique et la manutention de charges. Les matériels de levage sont utilisés pour soulever et déplacer des charges lourdes et volumineuses, ce qui facilite la construction de bâtiments, la production de produits manufacturés, le stockage de produits et la livraison de marchandises.

L'industrie du levage est en constante évolution, avec de nouveaux développements technologiques tels que la robotisation et la numérisation qui permettent une plus grande efficacité, une sécurité accrue et une meilleure productivité. Les entreprises de levage sont tenues de se conformer à des normes de sécurité strictes pour garantir la sécurité des travailleurs et des consommateurs.

L’industrie du levage joue un rôle crucial dans de nombreuses industries, permettant le déplacement sécurisé et efficace de charges lourdes. Cependant, avec l'augmentation des exigences de sécurité et de performances, les entreprises du secteur doivent constamment innover pour améliorer leurs équipements et processus.

En tant que fabricant de modules de traitement de signaux, spécialisés dans l'isolement, la mesure, la conversion et la transmission de tout type de signaux de capteurs ou de grandeurs électriques, nous sommes conscients des défis auxquels sont confrontés les acteurs du levage industriel. Dans ce livre blanc, nous mettons en lumière notre solution adaptée au secteur du levage industriel : un produit certifié SIL2, capable de connecter et d'afficher des signaux provenant de jauges de contraintes tout en créant des signaux analogiques sécurisés, ou actionnant des relais.

État actuel du secteur du levage industriel :

Importance de la sécurité dans le levage industriel :

Le levage industriel est une activité essentielle dans de nombreux secteurs, tels que la construction, la logistique et l'industrie manufacturière. Cependant, en raison de la nature des charges manipulées et des environnements de travail complexes, la sécurité revêt une importance capitale dans ce domaine. Les accidents liés au levage peuvent entraîner des blessures graves, des dommages matériels et même la perte de vies humaines. Par conséquent, les entreprises du levage industriel sont tenues de mettre en place des mesures de sécurité rigoureuses pour protéger leurs employés, leurs équipements et leur environnement.

Réglementations et normes en vigueur concernant la sécurité et la certification SIL :

Pour garantir des normes de sécurité élevées dans le secteur du levage industriel, de nombreuses réglementations et normes ont été établies. Ces règles visent à établir des directives claires pour la conception, la fabrication, l'exploitation et l'entretien des équipements de levage. Parmi les réglementations les plus couramment observées, on trouve les directives européennes telles que la Directive Machines (2006/42/CE) et la Directive Équipements Sous Pression (2014/68/UE). De plus, les normes internationales, telles que la norme ISO 13849 et la norme IEC 61508, jouent un rôle clé dans l'évaluation de la sécurité des systèmes de contrôle.

La certification SIL (Safety Integrity Level) est une norme qui évalue et atteste le niveau d'intégrité de sécurité d'un système. Elle est souvent requise dans les environnements industriels où la sécurité est primordiale, tels que le levage industriel. La certification SIL garantit que les équipements et les systèmes répondent à des exigences spécifiques en matière de fiabilité, de tolérance aux fautes et de capacité à prévenir les défaillances critiques. Ces certifications offrent aux entreprises et aux utilisateurs finaux une assurance supplémentaire quant à la sécurité et à la performance des équipements de levage.

Les défis liés au traitement des signaux dans les équipements de levage :

Le traitement des signaux joue un rôle essentiel dans les équipements de levage industriel. Les capteurs et les jauges de contraintes sont utilisés pour mesurer et surveiller des paramètres tels que la charge, la tension, la pression et la position, fournissant ainsi des informations cruciales pour assurer le bon fonctionnement et la sécurité des équipements de levage. Cependant, le traitement de ces signaux présente des défis particuliers :

• Isolation des signaux : Les équipements de levage peuvent être soumis à des conditions électromagnétiques et mécaniques rigoureuses. Il est essentiel d'isoler les signaux pour éviter les interférences et garantir des mesures précises et fiables.
• Conversion et transmission des signaux : Les signaux des capteurs doivent être convertis et transmis de manière sécurisée pour être utilisés dans les systèmes de contrôle. Cela implique de s'assurer de la compatibilité des signaux, de leur précision et de leur intégrité lorsqu'ils sont transmis sur de longues distances.
• Certification SIL : Les équipements de levage industriels doivent souvent être conformes aux certifications SIL pour garantir un niveau de sécurité élevé. Cela nécessite l'utilisation de modules de traitement de signaux certifiés SIL2 capables de répondre aux exigences strictes en termes de fiabilité, de redondance et de tolérance aux fautes.

En comprenant les défis liés au traitement des signaux dans les équipements de levage, les fabricants peuvent développer des solutions innovantes qui améliorent la sécurité, les performances et la conformité aux normes de l'industrie.

En résumé, la sécurité est d'une importance primordiale dans le secteur du levage industriel, et les réglementations et normes en vigueur, ainsi que la certification SIL, jouent un rôle essentiel pour garantir des équipements de levage sûrs et fiables. Les défis liés au traitement des signaux nécessitent des solutions spécialisées et certifiées SIL2 pour assurer des mesures précises, une transmission sécurisée et une intégrité des signaux dans les équipements de levage industriels.

Introduction à notre module de traitement de signaux certifiés SIL2 :

Le nouveau produit développé est un indicateur XALIS 1000 SIL2. Le XALIS 1000 est un indicateur numérique avec une entrée dédiée aux mesures pont de Jauge (en 4 et 6 fils) et une entrée fonction Tarage. Il pilote 1 ou 2 sorties analogiques et jusqu’à 4 sorties relais.

L'indicateur XALIS 1000 répond à la norme SIL2 (CEI 61508), en 4 fils, mais aussi en 6 fils, améliorant ainsi la fiabilité et la sureté du produit. Ainsi l'indicateur XALIS 1000 SIL2 pourra être utilisé dans une chaîne de mesure et de pilotage SIL2 ou PL-d, dans le but d'assurer la sécurité des biens et des personnes.

L'indicateur XALIS 1000 SIL2 dispose des fonctionnalités du XALIS 1000, mais restreintes pour une utilisation sécuritaire.

Il existe 3 phases de fonctionnement :

• Configuration-usine : Seul l'utilisateur habilité et disposant du mot de passe de l'appareil pourra configurer l'appareil à partir de l’afficheur. Il pourra régler les plages de mesure en entrées (+/-35mV, +/-100mV...), les plages des sorties analogiques (1-10V ou 4-20mA...), les seuils de basculement des relais, les paramètres de la liaison RS485 pour remonter les informations du produit ; ·    
• Mesure SIL2 : Après avoir saisi le mot de passe, aucune configuration n’est possible. Les fonctionnalités de paramétrage de l'appareil sont désactivées et seuls la fonction de sécurité (mesurer, convertir, agir sur les sorties), l'afficheur et la lecture d'information sur l'appareil sont opérants. Seul l'utilisateur habilité et disposant du mot de passe de l'appareil pourra sortir de ce mode de fonctionnement. En cas d’une défaillance détectée par l’appareil, l’appareil rentre en position de sécurité. La position de sécurité conduit à avoir la valeur 0 en sortie et de verrouiller les relais de l’appareil à l'état de repos ;
• Entretien / Maintenance : Seul l'utilisateur habilité et disposant du mot de passe de l'appareil pourra lancer ce mode de fonctionnement. Il est utilisé dans 2 cas. Le premier par le client pour effectuer des autodiagnostics sur l'appareil afin de s'assurer que tous les éléments de la fonction de sécurité sont opérants. Le deuxième cas est utilisé par JM CONCEPT pour effectuer la maintenance de l'appareil. Les fonctions de configurations sont alors à nouveau accessibles.

La nouveauté apportée sur le marché est un produit certifié SIL2 assurant la mesure d'un pont de jauge en 4 ou 6 fils, disposant d'un afficheur et d'autant d'entrées / sorties : 

• 1 afficheur ;
• 1 entrée analogique pour un montage 4 ou 6 fils ;
• 1 entrée remise à zéro ;
• 2 sorties analogiques tension et/ou courant (1 sortie en SIL2);
• 4 sorties relais 2 contacts RT: repos/travail ;
• 1 interface RS485 ;
• 1 interface USB.

Le nouveau produit étant basé sur un indicateur XALIS 1000, la nouvelle fonctionnalité à développer est de faire répondre le produit à la norme SIL2, avec un taux de fiabilité du produit supérieur à 90%.

Le niveau de sécurité de la fonction principale du produit, qui est de mesurer un poids en entrée et d’agir en fonction sur les sorties analogiques et relais, a été renforcé.

Afin d’atteindre le niveau de fiabilité souhaité, des évolutions softwares et hardware ont été pris en compte :

• Rajout de plusieurs surveillances sur les différentes alimentations ;
• Ajout d’un mot de passe pour accéder aux configurations du produit ;
• Suppression de certains calibres de sortie ;
• Ajout d’une fonction de remise à zéro des sorties ;
• Changement de design sur l'acquisition des données d’entrée ;
• Révision totale du code, le rendant plus robuste.

Connecter et afficher des signaux de jauges de contraintes en toute sécurité :

Les jauges de contraintes et leur rôle essentiel dans le levage industriel :

Les équipements de levage industriel requièrent souvent des signaux de relais ou analogiques pour effectuer des actions de contrôle et de commande. Les signaux de relais sont utilisés pour activer ou désactiver des circuits électriques importants, tels que les moteurs et les freins, tandis que les signaux analogiques permettent de fournir des informations continues, telles que la vitesse, la position ou la charge. Ces signaux sont essentiels pour assurer un fonctionnement précis, sécurisé et synchronisé des différents composants des équipements de levage.

Les jauges de contraintes jouent un rôle essentiel dans le levage industriel en permettant la mesure précise des charges et des contraintes appliquées sur les équipements de levage. Ces dispositifs sensibles transforment la déformation mécanique résultant des charges en signaux électriques proportionnels. Les jauges de contraintes sont généralement fixées sur les composants structurels des équipements de levage, tels que les poutres, les câbles ou les vérins, et surveillent en temps réel les variations de contrainte. Ces informations sont vitales pour évaluer la sécurité et la capacité de charge des équipements, détecter les surcharges potentielles et prévenir les défaillances structurales. Grâce aux jauges de contraintes, les opérateurs peuvent ajuster les paramètres de fonctionnement, optimiser l'efficacité du levage et garantir un environnement de travail sûr et fiable.

Comment nos modules assurent une connexion sûre et précise avec les jauges de contraintes :

Nos modules de traitement de signaux certifiés SIL2 sont conçus pour répondre aux exigences strictes en matière de conversion et de transmission des signaux de relais ou analogiques. Ils intègrent des circuits de conversion de haute précision qui transforment les signaux entrants en une forme compatible avec les systèmes de contrôle des équipements de levage. De plus, nos modules offrent une isolation galvanique robuste pour garantir la protection contre les interférences électromagnétiques et les courts-circuits, assurant ainsi une transmission sécurisée des signaux sur de longues distances.

L’exigence SIL2 suppose que le produit est utilisé dans les conditions d'utilisation demandées par la déclaration de conformité. Les conditions d'utilisation sont les suivantes :

• Le produit doit être soumis à des tests périodiques et à une politique de maintenance, conformément à la norme CEI 61508 et ses normes d'implémentations sectorielles (CEI 61511, CEI 62061...). Le niveau SIL ne pourra être maintenu que dans une période de test (Ti) ainsi qu'un temps moyen de réparation (MTTR) donnés.
• L'entrée TOR pour le tarage de l'appareil est désactivée (via le logiciel) en mode SIL.
• La sortie SA1 est certifié SIL2. La sortie SA2 par contre n'est pas à utiliser pour réaliser une fonction de sécurité.
• En cas d'utilisation des relais à seuils, la condition de déclenchement doit correspondre à l'état désexcité des relais.
• Afin de respecter le principe de l'évaluation des composants, les conditions environnementales doivent respecter les limites définies dans le manuel d'utilisation du produit.
• Le produit doit respecter les instructions de montage, de raccordement, les consignes de réglage et de paramétrage lors de la mise en service initiale et les consignes d'exploitation et de maintenance. Toutes ces consignes sont définies dans les notices d'utilisation de JM Concept.

En fonctionnement, l'indicateur XALIS 1000 SIL2 :

• Génère un signal de sortie en tension ou courant représentatif d'une grandeur d'entrée en pont de jauge.
• Basculer la sortie TOR (relais) sur la position de replis lors du franchissement d'un seuil défini par l'opérateur.
• En cas de défaut détecté, les modes de repli ou états sûrs du XALIS 1000SIL sont :
  • Sortie ANA Tension < 1 V,
  • Sortie ANA Courant <3,5 mA,
  • Sortie TOR contact relais ouvert (position au repos).

Applications pratiques illustrant l'utilité de cette fonctionnalité :

L'utilisation de signaux de relais et analogiques certifiés SIL2 dans les équipements de levage présente de nombreuses applications pratiques. Par exemple, dans les grues de levage, nos modules permettent de créer des signaux de relais certifiés SIL2 pour contrôler le mouvement des bras, la rotation de la flèche ou le verrouillage des mécanismes de levage. De même, dans les ascenseurs industriels, nos modules assurent une conversion précise des signaux analogiques provenant des capteurs de position ou de charge, facilitant ainsi le contrôle en boucle fermée de la vitesse, de la position et de la synchronisation des mouvements. Ces fonctionnalités garantissent une précision et une fiabilité optimales, améliorant ainsi la sécurité et les performances globales des équipements de levage industriel.

Sécurité intégrée et certifications SIL2 :

Présentation détaillée de la certification SIL2 :

La certification SIL2 (Safety Integrity Level) est une norme internationale largement reconnue dans les industries à risques, y compris le levage industriel. Elle évalue le niveau d'intégrité de sécurité d'un système ou d'un composant et garantit qu'il est conçu, fabriqué et testé selon des normes strictes. La certification SIL2 exige une évaluation exhaustive des risques, une conception redondante, des mesures de prévention des défaillances et une documentation détaillée. Elle atteste que le système est capable de prévenir ou de limiter les conséquences d'événements dangereux et de maintenir un niveau de sécurité élevé.

Comment nos produits répondent aux exigences strictes de la certification SIL2 :

Pour valider l'indicateur XALIS1000 SIL, JM Concept a réalisé une série de tests afin de valider le produit. L'ensemble des rapports de test a été envoyé a un certificateur indépendant pour qu’il puisse revoir les différentes activités de validation.

Ainsi, ce Certificateur a revu les différents rapports de tests afin d'évaluer la réalisation des tests d'intégration et de validation. Parmi les tests de validation réalisés, deux catégories de tests sont distinguées : tests environnementaux et tests fonctionnels.

Les tests environnementaux regroupent les tests CEM du XALIS1000 SIL et les tests de tenue de température aux températures maximale et minimale de la carte. Dans ces tests environnementaux, le XALIS1000 SIL est aussi testé dans une disposition en colonne du produit.

Pour la réalisation des tests fonctionnels, JM Concept a découpé le XALIS1000 SIL en différentes sous-fonctions afin de réaliser des tests pour chacun de ses blocs sous-fonctionnels. Parmi les tests de validation fonctionnels, les tests suivants ressortent comme étant importants :

• Test demandé par l'AMDEC et l'AEEL
• Test du temps de réponse
• Test des calibres d'entrée
• Test de l'acquisition d'entrée
• Test des sorties relais et analogiques
• Test de la communication
• Test d'alimentations...

JM Concept est parti du plan de conception de l'indicateur XALIS 1000SIL puis a eu une approche systématique pour la validation de toutes les parties (sous fonctions) du composant.

Le Certificateur estime ainsi que cette approche permet de couvrir la majeure partie des fonctionnalités du XALIS 1000SIL ainsi que de tester les fonctions les plus critiques. Ainsi, la validation du XALIS 1000SIL répond aux exigences majeures de la norme CEI 61508 ed.2.0.

Les avantages de l'utilisation de modules certifiés SIL2 dans les équipements de levage :

L'utilisation de modules certifiés SIL2 présente plusieurs avantages pour les équipements de levage industriel. Tout d'abord, ces modules améliorent la sécurité en minimisant les risques d'accidents ou de défaillances critiques. Ils assurent une intégrité de signal élevée, réduisant ainsi les erreurs de mesure et les fausses commandes. De plus, les modules certifiés SIL2 offrent une fiabilité accrue grâce à leur conception redondante et à leur capacité à détecter les pannes potentielles. Cela permet une meilleure disponibilité des équipements de levage et réduit les temps d'arrêt imprévus. Enfin, l'utilisation de modules certifiés SIL2 facilite la conformité aux normes et réglementations en vigueur, renforçant ainsi la confiance des utilisateurs finaux et des organismes de réglementation dans la sécurité et la performance des équipements de levage industriel.

Étude de cas : Exemple de succès avec nos modules dans le secteur du levage industriel.

Entreprise A : Augmentation de la sécurité et de l'efficacité de la grue de levage.

Notre client a installé des dispositifs XALIS 1200U1 pour afficher la charge mesurée par des axes dynamométriques sur un pont de levage. Ils indiquent la charge (avec un système de sécurité “surcharge” et “souscharge”) et envoient ensuite les informations en 4…20mA à des transmetteurs EOLIS 3200P0. Ces derniers contrôlent l'équilibre de la pièce pour transmettre l’information au dispositif qui pilote la vitesse des moteurs 1 et 2.

L’utilisation de nos appareils réalise le contrôle du poids total soulevé par le pont, et évite la mise en surcharge ou souscharge, notamment grâce aux relais de seuil, permettant ainsi la surveillance de l'équilibre de charge du process.

Nos indicateurs XALIS 1200U1 existe en version SIL et se positionne comme le choix idéal sur cette application de contrôle de poids puisqu’ils garantissent une sécurité accrue dans les opérations de levage. En effet, nos indicateurs XALIS 1200U1SIL sont capables de générer un signal de sortie en tension ou en courant représentatif d'une grandeur d'entrée en Pont de Jauge. Ils peuvent également basculer les sorties relais sur une position de repli lors du franchissement d'un seuil défini par l'opérateur. Et en cas de défaut détecté, des modes de repli ou d'états sûrs sont définis sur les sorties analogiques et relais.

Notre client les attendaient avec impatience, nous sommes ravis de pouvoir répondre à son besoin avec une solution optimisée et encore plus sécurisée.

Conclusion : Vers un Levage Industriel Plus Sécurisé et Performant avec SIL2

Dans ce livre blanc, nous avons mis en évidence l'importance du traitement de signaux dans le secteur du levage industriel et présenté notre solution certifiée SIL2 adaptée à ce domaine. En utilisant nos modules de traitement de signaux, les entreprises du levage peuvent améliorer la sécurité, les performances et la fiabilité de leurs équipements tout en respectant les normes les plus strictes.

L'engagement de nos clients à maintenir et actualiser régulièrement leurs équipements de levage est essentiel pour garantir une performance optimale. Comme souligné dans notre documentation sur les solutions de traitement de signaux certifiées SIL2, l'adéquation aux standards actuels n'est pas seulement une question de conformité, mais aussi un facteur clé pour la fiabilité et l'efficacité de leurs opérations.

Contactez nous dès aujourd'hui pour découvrir comment notre solution peut répondre à vos besoins spécifiques dans le domaine du levage industriel.