Guide des symboles des interrupteurs de fin de course : Normes CEI, états logiques et conception des circuits

Le diagramme électronique est un papier impitoyable. Il ne s'agit pas seulement d'une implication sur la manière dont une machine devrait fonctionner ; c'est un accord entre la volonté de l'ingénieur et la réalité du sol de l'usine. Lorsqu'un tel contrat est mal interprété, ce n'est pas seulement une erreur de câblage qui en résultera, mais aussi un temps d'arrêt, un outillage endommagé ou une violation des règles de sécurité.

Au centre de ces diagrammes se trouve l'interrupteur de fin de course, un dispositif électromécanique essentiel. C'est l'organe sensoriel de l'automatisation industrielle, le dispositif qui convertit la position mécanique en logique électrique. Cependant, l'image de ces dispositifs est interrompue par la géographie et la tradition. Un dessin fait à Stuttgart ne ressemble pas à un dessin fait à Détroit. Pour évoluer dans l'arène internationale des installations industrielles et de l'électrotechnique, il faut maîtriser le langage graphique de la commande.

Ce manuel dissipe la confusion des symboles des interrupteurs de fin de course, et les lignes et les cercles sont à nouveau convertis en vérités mécaniques qu'ils signifient.

IEC 60617 vs. NEMA (JIC) : Visualisation des normes mondiales de symboles

Pour pouvoir lire un schéma, il faut connaître deux langages visuels différents : la norme IEC (Europe/Asie) et la norme NEMA (Amérique du Nord). Bien que les deux normes décrivent les mêmes comportements en matière de connexion électrique, les styles sont complètement différents.

CEI : Approche de la visualisation par l'abstraction et l'efficacité géométrique. La norme CEI 60617 traite tous les composants comme des blocs de contact abstraits et les représente par la même ligne. Un interrupteur de fin de course, un relais ou un interrupteur électrique serait la même ligne verticale, différenciée par un activateur (bosse, carré, etc.). Elle se concentre sur la logique du signal électrique, indépendamment de la tension ou des volts impliqués.

NEMA : Les symboles NEMA sont construits pour communiquer visuellement l'interrupteur de fin de course comme un bras de levier et un bouton-poussoir comme un plongeur. Les diagrammes affichent des codes abstraits avec le mouvement coordonné, servant d'interface visuelle pour la logique en échelle utilisée dans un système de contrôle. Le symbole fait souvent allusion aux bornes physiques où un technicien pourrait souder ou visser le fil de la borne commune.

Décoder les États de contact : NO, NC et positions maintenues

Les termes “normalement ouvert” (NO) et “normalement fermé” (NC) sont trompeurs par leur simplicité. Ils impliquent une condition d'existence éternelle. En fait, le terme “normal” est utilisé pour décrire un certain état hypothétique : l'interrupteur sur un établi, non connecté, non touché par une force physique, non affecté par la gravité.

Néanmoins, les schémas ne représentent pas des éléments sur un établi. Ils représentent un ensemble de contacts installés dans une machine. D'où la notion très importante et mal interprétée de position Held.

Le mensonge statique du schéma

Un schéma est un instantané d'une machine dans sa position d'origine (ou “état d'étagère”). C'est comme la photo d'un coureur dans les starting-blocks.

• NO (Normalement ouvert) : À l'état d'étagère, les contacts sont séparés. Le courant ne peut pas circuler dans cette partie de l'interrupteur de fin de course. Lorsque l'actionneur se déplace, le contact se ferme.

• NC (Normalement Fermé) : À l'état d'étagère, les contacts se touchent. Le courant circule librement. Lorsque la cible frappe l'actionneur, le contact est rompu et le circuit de contrôle est interrompu.

C'est facile jusqu'à ce que la conception de la machine exige qu'un interrupteur soit actionné avant même que la machine ne démarre.

L'État “détenu” : Lire la force invisible

Prenons l'exemple d'une barrière de sécurité qui doit être fermée pour pouvoir utiliser la machine. Lorsque la barrière est fermée (condition de sécurité), l'interrupteur de fin de course est enfoncé. Si vous câblez un interrupteur unipolaire normalement ouvert à cet endroit, la barrière fermée pousse l'interrupteur vers la fermeture, complétant ainsi le circuit.

Comment dessiner ce contact sur le schéma électrique ? Si vous dessinez un contact “fermé” standard, un technicien peut penser qu'il s'agit d'un interrupteur à ouverture. Or, c'est en fait un interrupteur NO qui est actionné. Cette distinction joue un rôle important dans le dépannage des temps de réponse et des erreurs logiques.

C'est ici qu'interviennent les symboles de Held：

• Fermé : Le symbole semble fermé, mais il comporte une indication graphique (souvent un petit coin ou une came sous le bras de l'interrupteur) montrant qu'une force extérieure le maintient dans cette position. Il informe le lecteur : Je suis un interrupteur normalement ouvert, mais dans la position de démarrage de cette machine, quelque chose se tient sur moi.

• Maintenu ouvert : Il s'agit toutefois d'un interrupteur normalement fermé, qui est forcé de s'ouvrir par la position de repos de la machine.

La différence entre la détection d'un capteur défectueux et le fait que la machine soit simplement hors de sa position initiale réside dans la compréhension de l'action de commutation des symboles “Held”. Elle sépare les lecteurs de données de ceux qui comprennent le système.

Symboles de sécurité et symboles standard : Décodage de l'icône d'ouverture positive

Tous les clics ne sont pas égaux. Dans la hiérarchie des contrôles industriels, la sécurité de la machine l'emporte sur la fonction. Cette différence est directement codée dans les symboles que nous utilisons, à savoir la notion d'ouverture positive (ou action d'ouverture directe).

Nous utilisons des ressorts dans l'automatisation normale. Un ressort dans le boîtier force les contacts électriques à reprendre leur position initiale lorsque le plongeur d'un interrupteur de fin de course est relâché. Mais les ressorts sont faillibles. Ils peuvent se casser, s'user ou se bloquer. Pire encore, les contacts électriques peuvent se souder. Si une forte surtension se produit juste au moment où l'interrupteur se ferme, les contacts métalliques peuvent fusionner. Dans un interrupteur ordinaire utilisant un ressort, la soudure est plus forte que le ressort. La machine suppose que l'interrupteur est fermé, mais les contacts sont coincés. Le ressort pousse en vain. Le convoyeur ne s'arrête pas. La presse descend.

Le symbole de l'autorité : Le cercle et la flèche

Pour éviter ce désastre, l'annexe K de la norme CEI 60947-5-1 stipule le mécanisme d'ouverture positive. Celui-ci est représenté schématiquement par une certaine icône : un cercle avec une flèche à l'intérieur, relié au symbole de contact NF.

Ce symbole est utilisé pour indiquer une connexion mécanique rigide entre l'actionneur externe et le contact électrique interne. Le poussoir et le point de séparation des contacts ne sont pas reliés par des éléments élastiques, tels que des ressorts. Lorsque les contacts sont soudés, la force pure de la machine frappant l'interrupteur de fin de course ouvre la soudure. Cela force le circuit à s'ouvrir, même si le contact souhaite rester soudé.

Utilisation contextuelle

• Symbole standard : Utilisé pour la détection d'objets, le comptage ou le positionnement non critique (par exemple, indiquer à un contrôleur logique programmable que le bras robotique a atteint l'étagère).
• Symbole de sécurité (ouverture positive) : Obligatoire pour les applications de verrouillage de sécurité, les arrêts d'urgence et les applications de sécurité générale où une défaillance est synonyme de blessure.

Lorsque vous lisez un schéma, la présence de la flèche dans le cercle vous indique que cet interrupteur spécifique est un gardien, et pas seulement un compteur. Il dicte les exigences de durabilité et de robustesse du circuit.

Symboles de double circuit : Optimisation de la logique avec les conceptions 1NO+1NC

Dans les premiers temps de l'automatisation, les interrupteurs unipolaires (SPDT) étaient courants. On disposait d'un fil commun et on le commutait entre ouvert et fermé. Parmi les différents types d'interrupteurs de fin de course, l'automatisation moderne à haute fiabilité s'est résolument orientée vers la conception à double circuit, généralement configurée comme 1NO + 1NC (un normalement ouvert + un normalement fermé).

La représentation schématique d'un interrupteur de fin de course à double circuit montre deux lignes distinctes, isolées électriquement et contrôlées par le même lien mécanique. Il ne s'agit pas simplement d'un doublement des fils, mais d'une augmentation exponentielle de la capacité logique, ce qui en fait un élément essentiel d'un système de contrôle.

L'avantage logique : Surveillance et coupure

Pourquoi avoir deux circuits alors qu'un seul peut accomplir la tâche ? Parce qu'un seul circuit ne peut pas transmettre toute la vérité.

Le système utilise la logique complémentaire dans une configuration 1NO+1NC.

1. Le contact NC (le gardien) : Il est souvent câblé en série avec l'alimentation du matériel ou le relais de sécurité. Lorsque le mouvement d'une pièce de la machine déclenche l'interrupteur, ce contact coupe physiquement le circuit et arrête le moteur. C'est l'arrêt brutal.
2. Le NON Contact (L'Informateur) : Ce contact est relié à l'entrée numérique de l'automate. Lorsque la limite est atteinte, ce contact se ferme, envoyant un signal de 24V au contrôleur, “Je suis arrivé à la position X”.”

Le contrôleur est capable d'effectuer un autodiagnostic en comparant ces deux états. Si l'automate détecte que le contact NO est fermé, mais que le contact NC ne s'ouvre pas (non-concordance logique), le système détecte un défaut (un fil cassé, un contact soudé ou un court-circuit) et passe en mode de défaillance sécurisé. Il s'agit là d'une caractéristique de la conception moderne et solide du système, à savoir le retour d'information à deux canaux.

Mécanisme interne : L'importance des ressorts doubles

Sur le schéma, il s'agit de deux interrupteurs individuels reliés par une ligne en pointillés. En fait, il s'agit d'une isolation galvanique. Les deux circuits n'ont aucune connexion électrique à l'intérieur de l'interrupteur. Cela permet à un type d'interrupteur de fin de course de commuter entre deux potentiels de tension totalement différents, par exemple le contact NF est une coupure directe d'un contacteur de moteur de 110 V CA, et le contact NO transmet un signal de 24 V CC au contrôleur logique.

Cette capacité permet de minimiser le nombre de composants dans le panneau. Plutôt que d'installer deux interrupteurs (l'un étant un interrupteur de sécurité, l'autre un interrupteur de données), un seul grand interrupteur de fin de course à deux circuits peut remplir les deux fonctions de manière plus fiable. Le schéma est moins complexe et l'installation physique plus vérifiable, quel que soit le type d'actionneur utilisé.

La conception de circuits efficaces repose toutefois sur la profondeur de fabrication. OMCH, Notre société, qui s'appuie sur 38 ans d'expérience dans l'industrie, illustre cette capacité. Notre équipe d'ingénieurs, forte de 20 ans d'expérience, va au-delà des catalogues standard pour offrir une personnalisation OEM/ODM précise, de l'optimisation de la conception des circuits imprimés et des puissances de sortie à la personnalisation des formats d'emballage. Ainsi, le commutateur physique ne se contente pas de correspondre à la logique du schéma, mais s'adapte aux contraintes spécifiques de l'application, comblant le fossé entre la conception théorique et la réalité industrielle.Contactez OMCH https://www.omch.com/ dès aujourd'hui pour définir la logique et la durabilité exactes que votre projet exige.

Complexité des symboles : Variantes SPDT, DPDT et à action rapide

Au fur et à mesure que nous avançons dans le schéma, les symboles deviennent plus nuancés. Nous rencontrons les distinctions de vitesse et de nombre de pôles.

Symboles d'action rapide et d'action lente

Le mouvement de la machine est analogique ; il s'accélère et se ralentit. Mais la logique électrique préfère être binaire ; elle veut un 0 ou un 1 propre.

• Action lente : Dans un interrupteur à action lente, les contacts se déplacent à la même vitesse que l'actionneur. Lorsque la machine appuie lentement sur le plongeur, les contacts se déplacent lentement. Il peut en résulter des arcs électriques et des signaux imprécis. La représentation schématique de ce phénomène est généralement une ligne droite de forme simple, pour représenter la barre de contact.
• Action rapide : Un interrupteur à action brusque est un interrupteur qui stocke l'énergie dans un ressort interne. Lorsque le plongeur (ou le bras de levier) atteint un point critique, les contacts sautent instantanément, quelle que soit la lenteur du mouvement des interrupteurs de fin de course à plongeur externe.

Dans les schémas IEC, le Snap Action est souvent représenté par un petit triangle ou un coin sur la ligne de contact elle-même. Il s'agit d'un ajout géométrique subtil qui constitue un signal pour le concepteur du circuit. Il signifie hystérésis - un écart entre le point de déclenchement et le point de réinitialisation. Cela permet d'éviter le "chattering", c'est-à-dire l'activation et la désactivation rapides d'un interrupteur lorsque la machine vibre autour du point de déclenchement. La compréhension de ce symbole est la raison pour laquelle une machine peut être amenée à se retirer de quelques millimètres avant que l'automatisme ne soit réinitialisé.

Configurations SPDT et DPDT

La densité de contrôle est également indiquée sur le schéma.

• SPDT (Single Pole, Double Throw) : Une entrée, deux sorties possibles. Le symbole montre une borne commune qui se divise en deux.

• DPDT (Double Pole, Double Throw) : Deux entrées, quatre sorties possibles.

Le symbole DPDT se présente sous la forme de deux symboles SPDT distincts reliés par une ligne mécanique en pointillés. Pourquoi utiliser ce symbole ? Il permet d'avoir des canaux de sécurité redondants (canal A et canal B), ce qui est nécessaire pour les architectures de sécurité de catégorie 3 ou 4. Lorsque le portail se ferme, la machine A démarre (le contact NO se ferme) et la machine B s'arrête (le contact NC s'ouvre), sans aucune interférence électrique entre elles. Un levier ou un actionneur à galet peut commander les deux pôles simultanément.

Interprétation des symboles dans les P&ID et les schémas électriques

L'ingénieur électricien n'est pas le seul à dresser la carte de l'usine. L'ingénieur des procédés élabore des P&ID (diagrammes de tuyauterie et d'instrumentation). Dans ce cas, l'installation de l'interrupteur de fin de course n'est pas considérée comme un circuit, mais comme une fonction.

La tringlerie de contact ou les numéros de bornes seront à peine visibles dans un P&ID. Vous observez plutôt une bulle (un cercle) attachée à une vanne ou à un cylindre.

• ZSO / LSO : Interrupteur de position ouvert / Interrupteur de fin de course ouvert.
• ZSC / LSC : Interrupteur de position fermé / Interrupteur de fin de course fermé.
• LSH (Niveau Interrupteur High) / LSL (Level Switch Low) : Utilisé dans la logique des réservoirs.

Le malentendu survient lorsque l'ingénieur des procédés écrit LSH sur le P&ID, ce qui présuppose une fonction logique (alarme de niveau élevé), mais que l'ingénieur électricien doit la convertir en un dispositif physique. L'expression “haut niveau” signifie-t-elle que le commutateur est câblé normalement ouvert (il se ferme lorsque le niveau est élevé) ou normalement fermé (il s'ouvre lorsque le niveau est élevé pour assurer la sécurité) ?

Le P&ID décrit ce que (l'exigence du processus, comme la détection d'un objet en mouvement). Le schéma électrique est le comment (la mise en œuvre du câblage). La clé de traduction entre ces deux documents est le symbole de l'interrupteur de fin de course. Un bon ingénieur utilise le P&ID pour identifier l'objectif logique (tel que la limite de déplacement d'un objet ou l'état des portes de garage basculantes), puis choisit le bon symbole IEC/NEMA (NO, NC, Held) pour atteindre cet objectif en toute sécurité.

Référence rapide : Symboles essentiels des interrupteurs de fin de course

En résumé, la capacité à lire ces symboles permet de visualiser le comportement de la machine avant qu'elle ne soit construite.

1. L'essentiel (État à Repos)
   1. NO (Normalement ouvert) :-| |- (L'espace représente le silence avant le signal).
   2. NC (Normalement Fermé) :-|/|- (La ligne diagonale représente le flux qui doit être interrompu).
2. Les états dynamiques (logique des machines)
   1. Fermé : Il s'agit d'un interrupteur à fermeture forcée par la position de repos. Traitez-le comme “NC” pour la continuité, mais comme “NO” pour le remplacement.
   2. Maintenu ouvert : Un interrupteur à ouverture forcée par la position d'origine.
3. Les Sécurité Critique (IEC 60947-5-1)
   1. Positif Ouverture:-|/|- avec un (→) symbole.
   2. Signification : Ne pas remplacer par un interrupteur générique. Ce circuit protège la vie humaine.
4. Le mécanisme
   1. Action rapide : Recherchez le triangle/bordure sur la ligne de contact. Attendez-vous à de l'hystérésis.
   2. Action lente : Lignes droites. Le signal doit refléter la vitesse de la machine.

Le schéma est une carte. Les symboles sont la légende. Lorsqu'il est lu correctement, vous pouvez vous frayer un chemin dans les systèmes d'automatisation les plus compliqués avec l'assurance que vous connaissez non seulement le chemin que suivent les fils, mais aussi la raison pour laquelle ils suivent ce chemin.

Pour comprendre les mécanismes physiques à l'origine de ces symboles, consultez notre guide de base sur les Qu'est-ce qu'un interrupteur de fin de course ?. Ou, si vous cherchez à résoudre un problème de divergence entre le schéma et la réalité, vérifiez l'intégrité du composant à l'aide de notre tutoriel pratique sur l'utilisation des composants. Comment tester un interrupteur de fin de course.