Brevet FR2840668A1 — publié le 20031212

menage en correspondence dans l'autre demi-corps (21). 1 2840668 La presente invention se rapporte a un procede permettant la conception assistee d'une zone de protection a ['aide d'une combinaison d'un ou plusieurs tapis de securite, en particulier pour le controle d'acces a des machines dangereuses ou a des robots en milieu industrial. L'invention couvre egalement un systeme informatique permettant la mise en ceuvre d'un tel procede. Les ateliers de production industrielle et les installations techniques de batiment font ltobjet d'exigences croissantes en matiere de securite et en matiere de prevention des accidents du travail. De ce fait, les machines necessitent desormais des equipements de securite qui soient capabies d'agir au plus vite sur les automatismes de commande de ces machines de fa,con a prevenir tout risque d'accident. C'est evidemment le cas lorsque des operateurs peuvent etre situes a proximite de machines susceptibles d'effectuer des mouvements dangereux,. En plus de moyens mecaniques de protection classiques, ces equipements de securite comprennent generalement des detecteurs d'informations places a differents endroits autour de la machine et relies a des controleurs de securite (redondants ou non) qui vent des modules d'automatisme capables d'agir sur le systeme de commande de la machine. Parmi ces detecteurs d'informations, on trouve par exemple des interrupteurs de securite, permettant de surveiller la fermeture d'un portillon ou d'un capot de protection, des barrieres immaterielles de securite electrosensibles, permettant de controler toute intrusion dans une zone dangereuse, des boutons d'arrets d'urgence, permettant a un operateur d'arreter tout mouvement dangereux en cas de besoin, des dispositifs de commande bi-manuelle necessitant l'utilisation des deux mains de I'operateur pour commander un mouvement, des scanners laser et des tapis de securite au sol. Ces tapis de securite permettent de detecter la presence d'un operateur a l'interieur d'une zone de protection delimitee par un perimetre appele perimetre de securite autour de la partie dangereuse de la machine. Lors de ['installation d'une machine susceptible d'effectuer des mouvements dangereux, des tapis de securite peuvent done etre disposes devant ou autour de la machine, a l'interieur du perimetre de securite. Cette disposition doit respecter tout particulierement la norme europeenne EN999 qui reglemente le positionnement des equipements de protection en fonction de la vitesse d'approche d'un operateur. Ce ou ces tapis forment alors une zone de protection a l'interieur de laquelle on doit detecter toute presence humaine. Les dimensions de cette zone de protection dependent entre 2 2840668 autres de l'environnement de la machine et des caracteristiques dynamiques de la machine. Pour creer une telle zone de protection machine, le concepteur de ['installation doit done calculer un perimetre de securite, puis placer judicieusement un certain nombre de tapis de securite a l'interieur de ce perimetre et doit relier ces tapis a un ou des controleurs de securite. L'implantation des tapis de securite doit repondre a deux imperatifs: d'une part couvrir completement ['ensemble de la zone de protection delimitee par le perimetre de securite et d'autre part optimiser le nombre de tapis, leur agencement au sol et leur raccordement electrique avec le ou les controleurs de securite, pour obtenir la meilleure solution possible. Or actuellement, ces implantations vent faites manuellement sans outil d'aide a la mise en ceuvre, ce qui necessite d'y passer un temps important pour une solution pas forcement optimisee. L'invention a done pour but de fournir un procede et un systeme permettant d'aider le concepteur d'une installation a determiner rapidement, a partir des parametres de la machine, le nombre et le type de tapis de securite a utiliser, leur agencement ainsi que les differents accessoires necessaires a la mise en place d'une zone de protection respectant notamment la norme EN999. Pour cela, I'invention decrit un procede de conception d'une zone de protection d'une machine par tapis de securite a ['aide d'un systeme informatique. Le procede comprend une phase de definition des parametres de la machine, une phase de calcul par des moyens de traitement du systeme informatique de ladite zone de protection a partir des parametres de la machine et une phase de determination par les moyens de traitement d'une combinaison d'un ou plusieurs tapis de securite necessaires a la couverture de ladite zone de protection. Selon une caracteristique, la phase de definition des parametres comprend une etape d'introduction de donnees machine par un utilisateur, a ['aide de moyens de dialogue homme-machine connectes aux moyens de traitement informatique. Wile comprend egalement une etape d'implantation graphique d'un environnement machine a ['aide des moyens de dialogue. Selon une autre caracteristique, la combinaison d'un ou plusieurs tapis de securite est etablie a partir d'un catalogue de types de tapis de securite predefinis dont les caracteristiques vent memorisees dans des moyens de stockage connectes aux moyens de traitement. 3 2840668 Selon une autre caracteristique, le procede de conception comprend en outre une phase de generation par les moyens de traitement d'une liste d'accessoires de montage associes a la combinaison de tapis de securite et necessaires a ['installation de la zone de protection machine. L'invention decrit egalement un systeme informatique comportant des moyens de traitement connectes a des moyens de stockage et des moyens de dialogue homme-machine. Ce systeme comprend un programme de configuration memorise dans les moyens de stockage et execute par les moyens de traitement, permettant de mettre en osuvre le procede de conception d'une zone de protection d'une machine par tapis de securite selon l'une des revendications prbcedentes. D'autres caracteristiques et avantages vont appara^'tre dans la description detaillee qui suit en se referent a un mode de realisation donne a titre d'exemple et representb par les dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 represente un organigramme general du procede selon 1 5 I'invention, les figures 2 et 3 montrent deux exemples de zones de protection recouvertes par des tapis de securite, - la figure 4 detaille un exemple d'une zone de protection avec ses accessoires. Selon ['invention, le procede de conception d'une zone de protection machine decrit ci-apres est mis en osuvre preferentiellement au moyen d'un programme application, appele ci-apres programme de configuration, execute dans un systeme informatique classique, par exemple de type ordinateur PC. De fa,con connue, un tel systeme informatique comprend des moyens de traitement informatique, tels qu'une unite centrale dotee d'un systeme d'exploitation, relies a des moyens de dialogue homme-machine, tels que souris, clavier et ecran de visualisation, et a des moyens de stockage locaux, tels que disque dur et lecteur de CD-ROM, par exemple. Le systeme informatique peut de plus etre connecte a un reseau de communication local ou global du type Internet, Intranet, en particulier pour se connecter a des moyens de stockage distants sur un serveur distant. En reference au mode de realisation represente en figure 1, le procede de conception d'une zone de protection machine comporte une premiere phase A, 4 2840668 appelee phase de definition des parametres de la machine. Cette phase de definition a pour but de permettre a un utilisateur de fournir un certain nombre d'elements qui vent necessaires a l'etablissement d'un perimetre de securite 15 autour d'une partie dangereuse 12 de la machine 10 permettant d'assurer en toute circonstance la securite des personnel placees a proximite. Une partie dangereuse 12 se definit par une zone dans laquelle peuvent se produire des mouvements dangereux pour les personnel placees a proximite. Cette partie dangereuse 12 ne correspond pas necessairement a ['ensemble de ia machine 10, celle-ci pouvant comporter des parties cites dangereuses et d'autres non. lO En application de la norme europeenne EN999 relative aux tapis de securite, il existe une distance de securite Dsec a respecter entre toute personne et la partie dangereuse d'une machine pour autoriser des mouvements de cette partie dangereuse de machine. Pour les tapis de securite, la distance de securite Dsec peut etre calculee par la formule suivante: Dsec = Dmjn + (Ttapis + Tmachine) x V - 0,4 x Htapjs - Dmjn: distance minimum de securite, fixee a 1200mm pour les tapis de securite, quel que soit les caracteristiques de l'automatisme de commande et de la machine. - V: vitesse de deplacement normal d'un operateur, estimee par exemple ici a 1600mm/s. - T,ap;s: temps de reaction en secondes entre la detection d'une presence par un tapis de securite et la prise en compte de cette information par l'automatisme de commande de la machine. Cette information peut etre fournie par l'utilisateur en fonction des caracteristiques de l'automatisme de commande. - TmaChine temps d'arret en secondes de la machine, correspondent a la duree entre un ordre d'arret emis par l'automatisme de commande et l'arret reel du ou des mouvements dangereux. Cette information est a fournir par l'utilisateur en fonction des caracteristiques de la machine. - Hapjs: hauteur en mm du ou des tapis de securite par rapport au sol, dans le cas ou les tapis vent implantes sur une estrade, par exemple. A fournir le cas echeant par l'utilisateur, si cette hauteur n'est pas nulle. Une hauteur Hap;s permet de diminuer legerement la distance Dsec puisque l'on considere que c'est un facteur qui ralentit l'acces d'un operateur a la partie dangereuse de la machine. 2840668 La phase de definition A des parametres comprend done une etape d'introduction de donnbes machine, a ['aide des moyens de dialogue hommemachine. Par exemple, le programme de configuration propose a l'utilisateur, dans une ou plusieurs bo^'tes de dialogue afffichees sur l'ecran de visualisation, de renseigner manuellement les donnees machine Htapjs, Ttapjs, Tmachine. L'utilisateur doit egalement definir l'environnement topographique de la machine, et en particulier les dimensions au sol de la machine et de la partie dangereuse concernee par la distance de securite Dsec. Pour cela, la phase de definition A comprend une etape d'implantation graphique de l'environnement machine. Selon un mode de realisation prefere de ['invention, le programme de configuration propose a l'utilisateur de tracer tres simplement cette implantation a ['aide de la souris etlou du clavier de fa,con a obtenir rapidement un plan d/implantation visualisable sur ltecran de visualisation. Preferentiellement, pour faciliter une saisie simple de l'utilisateur, tous les elements constituent l'environnement machine vent representes par des polygones. Grace aux parametres machine, les moyens de traitement du systeme informatique vent alors capables de calculer dans une seconde phase B. appelbe phase de calcul, la zone de protection autour de la partie dangereuse 12 de la machine 10 delimitant ['emplacement dans lequel devront se situer les tapis de securite, afin que toute presence humaine a l'interieur de cette zone de protection puisse declencher l'arret des mouvements dangereux de la machine. La zone de protection est definie a l'interieur d'un perimetre de securite 15 qui est determine en rajoutant la distance de securite Dsec autour de la partie dangereuse 12 de la machine 10. Ainsi, les deux exemples des figures 2 et 3 montrent une machine 10 comportant une zone dangereuse 12 autour de laquelle un perimetre de securite 15 a ete calculb a partir des donnees machine. Suivant l'environnement topographique defini lors de la phase de definition A, la zone de protection machine peut etre constituee d'une seule surface 20, comme dans la figure 2 ou de plusieurs surfaces disjointes 20',20" comme dans la figure 3. De meme, une meme machine 10 peut comporter plusieurs parties dangereuses 12 differentes. Chaque surface de la zone de protection machine peut etre indifferemment 6 2840668 de forme rectangulaire, en forme de L, en forme de U ou meme en forme de O lorsqu'elle entoure completement la machine. Dans le plan d'implantation au sol, il est egalement possible de tracer et dtintegrer divers obstacles eventuellement presents dans l'environnement machine, tels que des armoires electriques, cloisons, piliers, barrieres ou autres. Ces obstacles pourront en effet avoir une influence dans la determination de la zone de protection a couvrir. L'exemple de la figure 3 montre ainsi un obstacle 11, en ['occurrence une armoire electrique adossee a la machine 10, qui reduit la zone de protection 20' a respecter. Par ailleurs, on pourrait aussi envisager de definir les parametres machine (a savoir coux relatifs aux donnees machine et ceux relatifs a ltenvironnement topographique de la machine) par un autre moyen. Par exemple, I'ensemble ou une partie de ces parametres machine pourraient avoir ete prealablement memorises dans les moyens de stockage locaux du systeme informatique, notamment a partir soit d'un autre systeme informatique au travers d'un reseau de communication, soit d'un autre logiciel tiers, tel qu'un logiciel de CAO. Le programme de configuration viendrait dans ce cas-la fire ces parametres machine directement, sans necessiter obligatoirement une nouvelle intervention de l'utilisateur. De meme, le programme de configuration pourrait aller fire directement ['ensemble ou une partie des parametres machine dans des moyens de stockage distants accessibles via un reseau de communication. Une troisieme phase C, appelee phase de determination, a pour but de determiner, une fois les dimensions de la zone de protection calculees, une combinaison d'un ou plusieurs tapis de securite necessaires pour recouvrir cette zone de protection. Selon un premier mode de fonctionnement manuel simplifie, la combinaison de tapis peut etre etablie manuellement par l'utilisateur qui agence successivement, avec la souris et le clavier, differents tapis necessaires pour la couverture de la zone de protection affichee graphiquement sur ltecran. Selon un second mode de fonctionnement automatique, la combinaison de tapis est determinee automatiquement par les moyens de traitement qui calculent le nombre de tapis necessaires pour la couverture de la zone de protection. Les moyens de traitement optimisent cette combinaison en simplifiant sa forme geometrique globale, en 7 2840668 minimisant le nombre de tapis total utilises, et/ou en minimisant les depassements de taille entre la surface reeile de la combinaison de tapis et la zone de protection a couvrir. La combinaison de tapis est preferentiellement etablie en utilisant un catalogue d'un ou plusieurs types de tapis de securite predefinis. Les references et les caracteristiques contenues dans ce catalogue vent memorisees dans des moyens de stockage connectes aux moyens de traitement du systeme informatique. Selon une premiere variante, ces moyens de stockage vent les moyens de stockage locaux du systeme informatique, c'est-a-dire soit directement le disque cur, soit un CD-ROM lu par le lecteur de CD-ROM. Selon une autre variante, ces moyens de stockage vent des moyens de stockage distants, situes par exemple dans un serveur distant raccorde au systeme informatique via un reseau de communication, notamment via Internet ou Intranet. Le catalog ue contient en particu lier des types pred efinis de tap is de dimensions differentes, par exemple 500x500, 750x500, 750x750, 1250x750 mm, etc... La figure 2 montre ainsi deux types de tapis 21,22 de taille differente. Ainsi, les moyens de traitement (ou l'utilisateur en mode de fonctionnement manuel) selectionnent dans le catalogue le nombre et le ou les types de tapis a utiliser pour former la zone de protection. Ces tapis vent juxtaposables entre eux pour couvrir la zone de protection desiree. La combinaison de tapis ainsi obtenue est afffichee sur l'ecran et peut etre affinee ou modifiee par l'utilisateur, quel que soit le mode de fonctionnement. Avantageusement, une fois la phase de determination C achevee, le procede selon ['invention propose une phase complementaire D, cite phase de generation, permettant aux moyens de traitement du systeme informatique de generer une liste d'accessoires de montage indispensables a ['installation de la zone de protection machine. Les accessoires vent choisis a partir d'un catalogue d'accessoires de type predefinis (references, caracteristiques, conditions d'utilisation,...), dans loquel on vient selectionner pour etablir la liste souhaitee. Comme indique precedemment pour le(s) catalogue(s) de tapis, le catalogue d'accessoires est memorise dans les moyens de stockage locaux du systeme informatique ou dans des moyens de stockage distants accessibles au systeme informatique par reseau de communication. Un exemple d'une combinaison de tapis 20 avec ses accessoires est donne en figure 4. 8 2840668 Parmi ces accessoires, on trouve d'abord des contrdieurs de securite 29 capables d'agir sur l'automatisme de commande. Plusieurs tapis 21,22, generalement dix au maximum pour ne pas faire trop chuter le niveau de tension du signal, peuvent etre raccordes en serie a un meme controleur de securite 29 de telle fa,con qu'une detection de presence sur un des tapis suffise a declencher le controleur de securite et done a arreter la commande de la machine. Si la taille de la zone de protection le justifie, il est evidemment possible d'utiliser plusieurs controleurs de securite pour couvrir ['ensemble des tapis (deux controleurs dans la figure 4). Parmi ces accessoires, on trouve egalement entre autres: - des rails de fixation 23 de differentes longueurs. Ces rails vent implantes tout autour de la combinaison de tapis 20 pour permettre le maintien des tapis entre eux et le passage de cables electriques. - des extremites de rails 24 a installer aux angles exterieurs et interieurs formes par les rails. - des connecteurs de rails 25 pour le raccordement electrique des tapis. - des prolongateurs, cables ou rallonges 27,28 pour relier electriquement en serie les rails entre eux et pour relier ['ensemble des tapis au(x) module(s) de securite. Durant cette phase de generation D, le programme de configuration peut etre amene a demander a l'utilisateur certaines options ou precisions concernant notamment la localisation des sorties 26 de cables 28 vers le(s) module(s) de securite 29. Le programme de configuration demande aussi a l'utilisateur de preciser certaines caracteristiques des modules de securite (tension d'alimentation, categoric selon la norme EN954-1, pouvoir de coupure, nombre de circuits de securite,...). Les catalog ues des types predefi n is de tapis et d'accessoires qui vent memorises dans les moyens de stockage locaux ou distants peuvent a tout moment etre mis a jour par un utilisateur qualifie pour cette operation, permettant d'avoir avantageusement toujours une version a jour des elements disponibles. Grace a ['invention, on obtient ainsi une liste de materiel complete pour ['installation de la zone de protection par une combinaison de tapis de securite. Cette liste de materiel peut etre aisement couplee avec un logiciel de chiffrage de fac,on a obtenir instantanement le cout de ltensemble de la configuration choisie. Par ailleurs, la phase de generation D permet aussi d'etablir un plan de montage et de cablage de 9 2840668 la combinaison de tapis et des accessoires associes. Ce plan est visualisable a l'ecran et est imprimable de sorte que le travail de montage et d'installation se trouvera grandement facilite. Selon un autre mode de realisation non represente sur les figures, le procede de conception decrit dans ['invention est aussi capable d'integrer d'autres equipements de securite que les tapis de securite. En effet, on peut aisement prevoir que, lors de la premiere phase de definition A, le programme de configuration demande prealablement a l'utilisateur de choisir entre differents equipements de securite envisageables pour sa machine: par exemple des tapis de securite eVou des barrieres immaterielles de securite eVou des scanners lasers, qui vent utilises eux aussi pour detecter une presence humaine dans un environnement dangereux. Etant donne que la formule permettant de calculer une distance de securite Dsec est differente pour chacun de ces equipements de securite, ce choix prealable permettrait au procede de selectionner les parametres machine pertinents a demander en fonction des equipements de securite choisis et de calculer ensuite la zone de protection avec la formule adaptee. De meme, lors de la phase de generation D, le programme de configuration pourrait egalement generer une liste des accessoires appropries, un plan de montage/cablage et un chiffrage de ['installation suivant les equipements de securite choisis. 11 est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de ['invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de detail et de meme envisager ltemploi de moyens equivalents. 1 o 2840668 REVENDICATIONS 1. Procede de conception d'une zone de protection d'une machine (10) par tapis de securite a ['aide d'un systeme informatique comprenant des moyens de traitement, caracterise par le fait que le procede comprend: - une phase de definition (A) des parametres de la machine, - une phase de calcul (B) par les moyens de traitement de ladite zone de protection a partir des parametres de la machine, - une phase de determination (C) par les moyens de traitement d'une combinaison (20) d'un ou plusieurs tapis de securite (21,22) necessaires a la couverture de ladite zone de protection. 2. Procede selon la revendication 1, caracterise par le fait que la phase de definition (A) des parametres comprend une etape d/introduction de donnees machine par un utilisateur, a ['aide de moyens de dialogue hommemachine connectes aux moyens de traitement informatique. 3. Procede selon la revendication 2, caracterise par le fait que la phase de definition (A) des parametres comprend une etape d'implantation graphique d'un environnement machine a ['aide des moyens de dialogue. 4. Procede selon la revendication 1, caracterise par le fait que la phase de calcul (B) etablit un perimetre de securite (15) autour d'une partie dangereuse (12) de la machine (10), a partir du calcui d'une distance de securite (Dsec) 5. Procede selon la revendication 1, caracterise par le fait que la zone de protection machine comporte plusieurs surfaces (20',20") disjointes entre elles. 6. Procede selon la revendication 1, caracterise par le fait que la combinaison (20) d'un ou plusieurs tapis de securite est etablie a partir d'un catalogue de types de tapis de securite predefinis dont les caracteristiques vent memorisees dans des moyens de stockage connectes aux moyens de traitement. 7. Procede selon la revendication 1, caracterise par le fait qu'il comprend en outre une phase de generation (D) par les moyens de traitement d'une liste d'accessoires de montage associes a la combinaison (20) de tapis de securite et necessaires a ['installation de la zone de protection machine. 1 1 2840668 8. Procdde selon la revendication 7, caracterise par le fait que la liste d'accessoires de montage est etablie a partir d'un catalogue de types d'accessoires de montage predefinis dont les caracteristiques vent memorisees dans des moyens de stockage connectes aux moyens de traitement. 9. Procede selon la revendication 8, caracterise par le fait que les accessoires de montage appartiennent a un groupe comprenant des rails de fixation (23), des extremites de rails (24), des connecteurs de rails (25) , des prolongateurs de raccordement (27,28), des controleurs de securite (29) raccordes aux tapis de securite (21,22). 10. Procede selon la revendication 7, caracterise par le fait que la phase de generation (D) permet la generation d'un plan de montage et de cablage pour ['installation de la combinaison (20) de tapis de securite et des accessoires associes. 11. Systeme informatique comportant des moyens de traitement connectes a des moyens de stockage et des moyens de dialogue homme-machine, caracterise par le fait que le systeme comprend un programme de configuration memorise dans les moyens de stockage et execute par les moyens de traitement, permettant de mettre en cauvre le procede de conception d'une zone de protection d'une machine par tapis de securite selon l'une des revendications precedentes.