Sécurité fonctionnelle et variateurs de vitesse Philippe Brem, ABBFR/DM//MMD Sécurité fonctionnelle et variateurs de vitesse © ABB Group April 26, 2019 | Slide 1

Sécurité fonctionnelle Introduction Les produits relatifs à la Sécurité sont intimement liés aux applications des clients Il est donc important pour le fournisseur de composants de comprendre les exigences et les contraintes auxquelles sont confrontés les OEMs Puis de traduire ces besoins dans des fonctions produits qui peuvent aider les OEMs à obtenir le niveau de sécurité fonctionnelle requis pour leur machine D’où les deux parties de cette présentation : Exigences et processus de certification pour l’OEM Traduction en fonctions de sécurité dans les variateurs de vitesse

Sécurité fonctionnelle Sommaire Première Partie: Processus de certification Client Tendances et défis Directives, normes, conformité Normes classiques de Sécurité Processus de mise en conformité à la Directive Machines Deuxième Partie: Fonctions de sécurité d’un variateur Fonctions de sécurité typiques Exemples de mise en oeuvre

Sécurité fonctionnelle Tendances et défis Intérêt croissant pour la Sécurité fonctionnelle Les LOIS et normes sont de plus en plus contraignantes La mise en conformité des produits et solutions peut générer des affaires Les intégrateurs de systèmes et les OEMs ont un peu de mal à s’y retrouver La mise en conformité est un véritable défi technico-économique Il n’est pas évident de trouver des compétences et informations pertinentes Le marché de la Sécurité est de plus en plus concurrentiel Le nombre d’acteurs et de solutions ne cesse d’augmenter Le marché demande des solutions de Sécurité “Raccorder et configurer” des solutions plutôt que d’installer des composants externes Les OEMs recherchent des solutions à mettre en place avec de vrais partenaires

Sécurité fonctionnelle Directives, normes, conformité Directive Machine dans l’Union Européenne (UE) 2006/42/EC Liste les exigences essentielles de santé et de sécurité Forme la base des LOIS et règles nationales dans les pays de l’UE Toute machine présente dans l’UE doit être conforme à la Directive Machine Normes harmonisées (CEN, CENELEC) Spécifications et méthodes détaillées pour satisfaire aux exigences de santé et de sécurité de la Directive Présomption de Conformité Obtenue en respectant les normes harmonisées correspondantes Marquage CE apposé sur la machine comme preuve de conformité Le fabricant de la Machine est responsable de la conformité à la Directive Machine La déclaration de conformité est valable pour la machine complète ”Exigences” ”Méthodes et moyens” ”Objectif et résultat” ”Responsabilité” © ABB Month DD, YYYY | Slide 6

Sécurité fonctionnelle Normes Quelques normes importantes en matière de sécurité Analyse et réduction des risques - ISO 12100, EN 14121-1 Applications aux machines - EN ISO 13849-1, EN 62061 Systèmes d’entraînements - EN 61800-5-2 (fonctions de sécurité) Sécurité électrique - EN 60204-1 Automatisation de process - IEC 61511 Conception de composants - IEC 61508-1...7, ed. 2 Arrêt d’urgence - EN ISO 13850 Prévention de - EN 1037 démarrage intempestif Normes machines spécifiques - Normes type C © ABB Month DD, YYYY | Slide 7

Sécurité fonctionnelle Comment satisfaire aux exigences de la Directive Machine MANAGEMENT DE LA SECURITE FONCTIONNELLE - Plan de sécurité - - Normes harmonisées - EVALUATION DU RISQUE EXIGENCES DE SECURITE FONCTIONNELLE LOIS, EXIGENCES Analyse et évaluation du risque Exigences de la Directive Machine Spécification de la fonctionnalité et de la performance MISE EN OEUVRE CONFORMITE Conception du Système Déclaration de conformité Marquage Evaluation de la conformité, dossier technique Itératif Vérification de la fonctionnalité, du niveau de sécurité Documentation de la conception, des rsiques résiduels, des instructions utilisateur L’objectif de réduction du risque est-il-atteint ? EVALUATION VERIFICATION DOCUMENTATION VALIDATION

Sécurité fonctionnelle Comment satisfaire aux exigences de la Directive Machine LOIS, EXIGENCES Directive Machine Exigences de la Directive Machine (DM) : Exigences essentielles de santé et de sécurité Les risques doivent être managés à un niveau acceptable L’évaluation des risques est obligatoire et doit être documentée Les risques résiduels doivent être documentés (manuels) Les fabricants de machines sont responsables de la conformité Toute machine dans l’UE doit être conforme à la DM

Analyse et évaluation du risque Sécurité fonctionnelle Comment satisfaire aux exigences de la Directive Machine Porte de sécurité Outil tournant Mouvement de la porte EVALUATION DU RISQUE LOIS, EXIGENCES Analyse et évaluation du risque Directive Machine EVALUATION DU RISQUE Détermination des limites de la machine Identification des dangers (un par un) Estimation du risque (sévérité et probabilité) Evaluation du risque => une réduction est-elle requise? Si oui, sélection de la méthode de réduction du risque

Sécurité fonctionnelle Comment satisfaire aux exigences de la Directive Machine EXIGENCES DE SECURITE FONCTIONNELLE EVALUATION DU RISQUE LOIS, EXIGENCES Analyse et évaluation du risque Spécification de la fonctionnalité et de la performance (SIL, PL) Directive Machine Sélection de la méthode de réduction du risque: Conception intégrant la sécurité (risque éliminé) Mesures de protections (incl. Sécurité fonctionnelle) Information et procédures Plus efficace Moins efficace

Functional safety Comment satisfaire aux exigences de la Directive Machine EXIGENCES DE SECURITE FONCTIONNELLE EVALUATION DU RISQUE LOIS, EXIGENCES Analyse et évaluation du risque Spécification de la fonctionnalité et de la performance (SIL, PL) Directive Machine Sélection de la méthode de réduction du risque: Conception intégrant la sécurité (risque éliminé) Mesures de protection (incl. Sécurité fonctionnelle) Information et procédures Pour la sécurité fonctionnelle du système, il faut spécifier La fonctionnalité requise pour réduire le risque L’intégrité de sécurité requise pour le système Plus efficace Moins efficace 12

Sécurité fonctionnelle Spécification de la fonctionnalité et de la performance Fonctionnalité (fonction de sécurité) Sa détermination est basée sur L’ANALYSE DU RISQUE La fonction de sécurité apporte la réduction de risque nécessaire Ex : “La vitesse du moteur ne peut pas dépasser 30 tr/mn quand la porte de sécurité est ouverte” Intégrité de sécurité = SIL (Security Integrity Level) Sa détermination est basée sur L’EVALUATION DU RISQUE SIL mesure la performance d’une fonction de sécurité SIL définit la probabilité d’éxécution d’une fonction de sécurité sur demande Ex: “L’intégrité de sécurité du système doit être au moins SIL 2” © ABB Month DD, YYYY | Slide 13

Sécurité fonctionnelle Fonctionnalité Les systèmes de contrôle d’une machine peuvent être défaillants Vitesse de rotation trop élevée Accélération subite Démarrage intempestif Accélération trop rapide ou décélération trop lente Impossibilité d’arrêter le mouvement Perte de contrôle de la machine Sécurité fonctionnelle Fournit des mesures de protection sur défaillance du système de contôle Peut générer des arrêts d’urgence Peut contrôler des états sécuritaires pour éviter des mouvements intempestifs Peut être externe au variateur ou être intégrée dedans © ABB Month DD, YYYY | Slide 14

Sécurité fonctionnelle Fonctionnalité Système de Sécurité fonctionnelle Surveille les conditions de fonctionnement du système, génère un arrêt si le système sort des limites de fonctionnement sécuritaire, ou Ramène en sécurité le système dans un état sécuritaire sur demande Fonctions typiques Arrêts d’urgence : Catégorie 0 (roue libre), Catégorie 1 (rampe) Prévention de démarrage intempestif Surveillance de mouvements (vitesse, direction, accélération) Génération d’un arrêt si la valeur surveillée sort d’une fenêtre pré-déterminée © ABB Month DD, YYYY | Slide 15

Sécurité fonctionnelle Comment déterminer l’intégrité de sécurité SIL Exemple : évaluation de la sévérité et de la probabilité Conséquence : blessure irréversible, risque de pertes de doigts, Se = 3 La personne est exposée au danger plusieurs fois par jour, Fr = 5 L’évènement dangereux est possible, Pr = 3 L’évitement du danger est possible, Av = 3 PROBABILITE D’OCCURENCE d’accident SEVERITE de la blessure et Risque= Conséquences(sévérité) Fréquence, durée Probabilité d’un accident Evitement Mort, perte d’un œil ou bras <= heure Très probable Irréversible, perte de doigts >1h <= jour Probable Réversible,traitement médical > jour<= 2 semaines Possible Réversible,premiers soins > 2 semaines<= 1 an Peu probable > 1 an Négligeable Evitement 5 + 3 + 3 = 11 Une fonction de sécurité SIL2 est nécessaire Classe SIL Conséquences(sévérité) Mort, perte d’un œil ou bras Irréversible, perte de doigts Réversible,traitement médical © ABB Group April 26, 2019 | Slide 16 Réversible,premiers soins 16 16

Sécurité fonctionnelle Sécurité fonctionnelle dans les drives – Performance de sécurité Par définition: SIL PFHd (par heure) Probabilité max de défaillance dangereuse par heure SIL 1 10-6 – 10-5 Pas plus d'une défaillance dangereuse en 100 000 heures (= 10 ans) SIL 2 10-7 – 10-6 Pas plus d'une défaillance dangereuse en 1 000 000 heures (= 100 ans) SIL 3 10-8 – 10-7 Pas plus d'une défaillance dangereuse en 10 000 000 heures (= 1000 ans) PHFd = Probabilité de défaillance dangereuse par heure © ABB Month DD, YYYY | Slide 17

Sécurité fonctionnelle Comment respecter les exigences de la Directive Machine IDENTIFICATION DU RISQUE EXIGENCES DE SECURITE FONCTIONNELLE LOIS, EXIGENCES Analyse et évaluation du risque Spécification de la fonctionnalité et de la performance (SIL, PL) Directive Machine MISE EN OEUVRE Produits certifiés (blocs fonctions de sécurité) Conception du Système Spécification: Ex: “La vitesse du moteur ne peut pas dépasser 30 tr/mn quand la porte de sécurité est ouverte” Ex: “Le niveau d’intégrité de sécurité du Système doit être au moins SIL 2” + + Offre de Solution Arrêt d’urgence FSO-11 Module de sécurité ACS880 STO Manuel Produit (informations sur la sécurité) information pour la mise en oeuvre et l’utilisation en sécurité Déclaration d’Incorporation

Sécurité fonctionnelle Comment respecter les exigences de la Directive Machine IDENTIFICATION DU RISQUE EXIGENCES DE SECURITE FONCTIONNELLES LOIS, EXIGENCES Analyse, évaluation et réduction du risque Spécification de la fonctionnalité et de la performance (SIL, PLr) Directive Machine MISE EN OEUVRE Vérification Tester les fonctionnalités Vérifier que le niveau d’intégrité est atteint Validation Vérifier que le niveau de réduction de risque requis est atteint Essais de réception lorsque le système a été mis en service Rapport, signature et archivage Conception du Système Itération Vérifications: fonctionnalité, sécurité niveau d’intégrité (SIL/PL) L’objectif de réduction du risque est-il atteint ? VERIFICATION VALIDATION

Sécurité fonctionnelle Comment respecter les exigences de la Directive Machine IDENTIFICATION DU RISQUE EXIGENCES DE SECURITE FONCTIONNELLES LOIS, EXIGENCES Analyse, évaluation et réduction du risque Spécification de la fonctionnalité et de la performance (SIL, PLr) Directive Machine MISE EN OEUVRE La documentation comporte ( mais non limitée à): Résultats de L’EVALUATION DU RISQUE Actions entreprises pour réduire le risque Conception de la documentation du Système Calculs vérifiant le niveau de sécurité atteint Risques résiduels Manuels utilisateur Conception du Système Itération Vérifications: fonctionnalité, sécurité niveau d’intégrité (SIL/PL) Documentation de la conception, des risques résiduels, du manuel utilisateur L’objectif de réduction du risque est-il atteint ? VERIFICATION DOCUMENTATION VALIDATION

Sécurité fonctionnelle Comment respecter les exigences de la Directive Machine IDENTIFICATION DU RISQUE EXIGENCES DE SECURITE FONCTIONNELLES LOIS, EXIGENCES Analyse, évaluation et réduction du risque Spécification de la fonctionnalité et de la performance (SIL, PLr) Directive Machine MISE EN OEUVRE Evaluation de la conformité Evaluer si la machine est conforme aux normes correspondantes et si elle satisfait les EXIGENCES Dossier de Construction Technique Nécessité de prouver que la conception est conforme aux EXIGENCEs Plans, schémas, listes de pièces, normes, calculs, analyse des dangers, mesures de réduction des risques, rapports d’essais, etc. Conception du Système Itération Vérifications: fonctionnalité, sécurité niveau d’intégrité (SIL/PL) Dossier Technique d’évaluation de conformité Documentation de la conception, des risques résiduels, du manuel utilisateur L’objectif de réduction du risque est-il atteint ? VERIFICATION CONFORMITE DOCUMENTATION VALIDATION 21

Sécurité fonctionnelle Comment respecter les exigences de la Directive Machine IDENTIFICATION DU RISQUE EXIGENCES DE SECURITE FONCTIONNELLES LOIS, EXIGENCES Analyse, évaluation et réduction du risque Spécification de la fonctionnalité et de la performance (SIL, PLr) Directive Machine MISE EN OEUVRE CONFORMITE Déclaration de conformité (DdC): Cette déclaration est faite par le constructeur de la machine Déclare que la machine est conforme aux EXIGENCES de la Directive Machine Le marquage CE peut et doit être appliqué sur la machine conforme aux EXIGENCES La DdC doit être livrée avec la machine Conception du Système Déclaration de conformité Marquage Itération Vérifications: fonctionnalité, sécurité niveau d’intégrité (SIL/PL) Dossier Technique d’évaluation de conformité Documentation de la conception, des risques résiduels, du manuel utilisateur L’objectif de réduction du risque est-il atteint ? VERIFICATION CONFORMITE DOCUMENTATION VALIDATION 22

Sécurité fonctionnelle Résumé La Sécurité fonctionnelle requiert une connaissance des produits et des process Toute machine dans l’UE doit être conforme à la Directive Machine L’EVALUATION DU RISQUE est obligatoire, les risques doivent être réduits Les risques résiduels doivent être documentés La conformité est la responsabilité du constructeur de la machine La conception des systèmes respectant les normes harmonisées permet d’obtenir la Présomption de conformité La marquage CE est la preuve de la conformité Les principales étapes permettant d’obtenir la conformité de la machine aux EXIGENCES de la Directive sont : EVALUATION DU RISQUE, permettant de définir un objectif de réduction du risque Mise en oeuvre d’un système permettant d’atteindre l’objectif Vérification, validation et documentation du système Marquage CE de la machine après évaluation de la conformité et déclaration © ABB Group April 26, 2019 | Slide 23

Sécurité intégrée Première Partie: Processus Client Tendances et défis Directives, normes, conformité Normes classiques de sécurité Processus de mise en conformité aux EXIGENCES de la Directive Machine Deuxième Partie: Fonctions de sécurité d’un variateur de vitesse Fonctions de sécurité typiques Exemples de mise en oeuvre

Fonctions de sécurité typiques Définies par EN 61800-5-2 STO – Safe Torque Off SSE – Safe Stop Emergency, cat. 0 SS1 – Safe Stop 1 SSE – Safe Stop Emergency, cat. 1 SLS – Safely-Limited Speed 1 Demande Activation t |n| Speed Arrêt roue libre time t |n| Arrêt rampé + STO t |n| Surveillance de la vitesse t © ABB Month DD, YYYY | Slide 25

Fonctions de sécurité typiques Définies par EN 61800-5-2 SMS – Safe Maximum Speed SBC – Safe Brake Control |n| Surveillance permanente + + ON Sortie A OFF M ON Sortie B OFF Retour FSO-11 Module de sécurité RELAIS DE FREIN FREIN MECANIQUE © ABB Month DD, YYYY | Slide 26

Fonctions de sécurité typiques Exemples d’applications Fonction de sécurité Exemple d’application STO – Safe Torque Off Arrêt d'urgence catégorie 0 Prévention de démarrage intempestif (hardware) SS1 – Safe Stop 1 Arrêt sécurisé du process en fin de rampe SSE – Safe Stop Emergency Arrêt d'urgence catégorie 1 SBC – Safe Brake Control Maintien mécanique de la charge en sécurité lorsque le variateur est à l’arrêt SLS – Safely Limited Speed Vitesse lente de sécurité pour des cycles de travail spécifiques SMS – Safe Maximum Speed Assure le non-dépassement d’une vitesse imposée Sorties de sécurité Indiquent les états des fonctions de sécurité, activent des équipements auxiliaires © ABB Month DD, YYYY | Slide 27

Fonctions de sécurité typiques Exemple pour le Safe torque-off (STO) seul (entrée dédiée) Arrêt de sécurité Prévention de démarrage intempestif STO Arrêt d'urgence © ABB Month DD, YYYY | Slide 28 Séparation des canaux 28

Fonctions de sécurité typiques Exemple pour le Safe torque-off (STO) + module de sécurité dédié Arrêt sécurisé Surveillance sécurisée de la vitesse Module de sécurité Prévention de démarrage intempestif Arrêt d'urgence © ABB Month DD, YYYY | Slide 29 Séparation des canaux 29

Fonctions de sécurité typiques Exemple de mise en oeuvre d’un STO Fin de course 24VDC ACS880 Unité de contrôle Module de sécurité Surveillance vitesse Survitesse Safety option STOP TROP VITE LENT STO STO 1 Canal STO STO 2 Fin de course + + + Unité de puissance - - - M 3~ © ABB Month DD, YYYY | Slide 30