Dans les secteurs industriels de la métallurgie, des ports, de la fabrication de machines, les ponts roulants et les portiques, équipements de manutention essentiels, ont un impact direct sur l'efficacité de la production et la sécurité du personnel. Ces dernières années, le TSG 51-2023 (Règlement technique sur la sécurité des grues) publié par l'Administration d'État pour la régulation du marché exige clairement que les ponts roulants et les portiques soient équipés de deux types différents de dispositifs de limitation de hauteur. Ce règlement a suscité une vive attention de la part du secteur.
1. Risques de sécurité et limitations techniques des systèmes à limite unique
1.1 Analyse de cas d'accident typique
En 2020, un pont roulant d'une entreprise sidérurgique a subi une défaillance due à la corrosion de la bielle du limiteur mécanique du marteau lourd. Le câble métallique a été rompu après que le crochet a été poussé vers le haut, causant des pertes économiques directes de 2,8 millions de yuans. L'enquête sur l'accident révèle que l'équipement n'est équipé que d'un seul limiteur mécanique et que la période de maintenance dépasse les exigences du cahier des charges. Des cas similaires représentent 37 % des accidents de grues survenus au cours des cinq dernières années, ce qui met en évidence la vulnérabilité d'un système de protection unique.
1.2 Mécanisme de défaillance d'un système unique
Les limiteurs mécaniques traditionnels présentent des modes de défaillance tels que l'oxydation des contacts, la fatigue des ressorts et la résistance au blocage mécanique. Leur rendement annuel de défaillance est d'environ 1,5 × 10^-4. Bien que le limiteur électronique offre une précision supérieure, il est confronté à des problèmes tels que les interférences électromagnétiques (IEM), la dérive des capteurs et le vieillissement des lignes. Les statistiques montrent que parmi les défaillances d'un système, les dispositifs mécaniques représentent 58 % et les dispositifs électroniques 42 %, ce qui prouve que chaque technologie présente des défauts inhérents.
2. Le principe de complémentarité technique des systèmes à double redondance
2.1 Solution composite mécanique-électronique
La solution courante actuelle combine des butées mécaniques à marteau lourd et des butées électroniques à codeur rotatif. Le système mécanique coupe directement le circuit d'alimentation via un mécanisme à levier, avec un temps de réponse inférieur à 200 ms ; le système électronique surveille la hauteur en temps réel via un automate programmable, et une double protection est constituée d'un mécanisme de coupure dure et d'une protection souple. Les expériences montrent que cette combinaison permet de réduire la probabilité de défaillance du système à 1,2 × 10^-8, atteignant ainsi le niveau de sécurité SIL3. L'industrie est très préoccupée.
3. Points clés de l'intégration du système et de la mise en œuvre de l'ingénierie
3.1 Conception optimisée de la position d'installation
Conformément à la norme GB/T 3811-2008, la limite principale doit être fixée à ≥ 100 mm du point limite supérieur, et l'intervalle de la limite secondaire à ≥ 50 mm. Dans les projets réels, il est recommandé d'adopter la configuration "limite mécanique avant + limite électronique arrière" afin de garantir que la séquence de déclenchement respecte la logique de sécurité "avertissement-décélération-coupure".
3.2 Conception de la logique de contrôle
(Figure 1) Illustre une boucle de régulation à double limite typique : le système électronique déclenche une alerte précoce et ralentit lorsqu'il atteint la valeur définie de 95 %, tandis que le système mécanique coupe directement la puissance de levage à 100 %. Les deux systèmes sont alimentés indépendamment et les signaux sont connectés au relais de sécurité par câblage fixe afin d'éviter tout dysfonctionnement dû à une défaillance de l'automate programmable.
4. Stratégie de gestion du cycle de vie complet
4.1 Système de maintenance préventive
Établir un plan de maintenance basé sur l'AMDEC : les composants mécaniques vérifient mensuellement la liberté de la liaison et l'état des contacts ; les systèmes électroniques vérifient trimestriellement la dérive du point zéro et la stabilité du signal. Après la mise en œuvre du système par un groupe portuaire, le MTBF du système limite a été porté de 1 200 à 4 500 heures.
4.2 Chemin de mise à niveau intelligent
La technologie de surveillance IoT est introduite pour surveiller l'état des composants mécaniques grâce à des capteurs de vibrations, tandis que des capteurs de température surveillent les conditions de fonctionnement des composants électroniques. L'analyse du Big Data permet de prédire 85 % des pannes potentielles 14 jours à l'avance, permettant ainsi la transition de la maintenance régulière à la maintenance prédictive.
5. Avantages économiques et valeur sociale
L'investissement initial du système à double limite augmente d'environ 15 %, mais peut réduire le taux d'accidents de 92 %. Prenons l'exemple d'un pont roulant de 50 tonnes : les pertes économiques évitables tout au long de son cycle de vie sont 2,3 fois supérieures à la valeur de l'équipement. Plus particulièrement, cette configuration a favorisé la modernisation technologique de l'industrie chinoise des grues, permettant aux équipements nationaux de satisfaire aux exigences de la norme européenne EN13001 en matière de sécurité.
