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CMAFH Drive For Technology 2010
New Safety Standards / Machinery Directive



                                           CMAFH
                                 Drive For Technology 2010

  New Safety Standards / Machinery Directive

                                         Gary Thrall
                               Senior Product Support Engineer
                                 Bosch Rexroth Corporation


Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              1
© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
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New Safety Standards / Machinery Directive


        New European Standards

        European Machinery Directive – extension of EN 954-1

        IEC 13849 Performance Level – 10 steps

        IEC 61800-1 Functional safety for speed variable drives




Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              2
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Machinery Safety




Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              3
© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
CMAFH Drive For Technology 2010
   Passport into European Community market (EEA)




                                                                                                                     European Machinery Directive

Machine Builder




                                                                            Fulfilling harmonized
                                                                         standards the manufacturer
                                                                         can assume that the safety
                                                                           aspects of the machine
                                  EC                                          directive are met

                                                                            EN 13849-1 (EN 954-1)
                                                                                      EN 62061
                                                                                                EN 61800-5-2
   Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              4
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CMAFH Drive For Technology 2010
    EN 945-1 Extended for Machinery Directive

   EN954-1 Prolonged until December 31, 2011

   Why?
      European companies are encountering difficulties
      U.S. companies struggling to understand the requirements of the new
      ISO standard




By integrating safety application requirements into certified firmware and
software, numerous electromechanical components are no longer needed, safety
is enhanced, and profits are increased. This approach to safety compliance
simplifies the application for the OEM and can generate more machine uptime for
the end user.
    Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              5
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Change of Standards

                                                                                                                     Today

                              European Machinery Directive
                               98/37/EG                                                                                        2006/42/EG

                                                                                                                              January 2010
            Machine Builder




                              EN 954-1
                              Valid Standard                                   Period 3 years                            Extended 2 more years

                              EN ISO 13849-1                                         Transition                                          Transition
                                                                                                                                         Valid Standard
                                                                       November 2006                                      December 2009
                              EN 62061
                                                                                                                                         Valid Standard
                                               January 2006

                              EN 61800-5-2
            Components




                                                                                                                                        Valid Standard
                                                                                November 2007
                              IEC 61508
                                                                                                                                        Valid Standard



Electric Drives and Controls       2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                            6
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Performance Level of EN ISO 13849-1:2006

The Performance Level is defined by
   Category (architecture), identical to EN 954-1 and C-Standards
   MTTFd (Meantime to dangerous failure in one channel)

                                                                                   Denotation of MTTFd                                            Range of MTTFd
                                                                                                   Low                                3 years <= MTTFd < 10 years
                                                                                               Medium                                10 years <= MTTFd < 30 years
                                                                                                  High                              30 years <= MTTFd < 100 years

        DC (Diagnostic Coverage): Share of detected failures

                                                                                      Denotation of DC                                              Range of DC
                                                                                                  None                                                  DC < 60%
                                                                                                   Low                                        60% <= DC < 90%
                                                                                               Medium                                         90% <= DC < 99%
                                                                                                  High                                                  99% <= DC

        CCF (Common Cause Failures affecting both channels)
        Measures against systematic failures
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10 Steps to Performance Level – Step 1




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CMAFH Drive For Technology 2010
10 Steps to Performance Level – Step 1




Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              9
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10 Steps to Performance Level – Step 3




Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              10
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10 Steps to Performance Level – Step 4




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10 Steps to Performance Level – Step 5a




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10 Steps to Performance Level – Step 5b




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10 Steps to Performance Level – Step 6




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10 Steps to Performance Level – Step 7




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10 Steps to Performance Level – Step 8




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10 Steps to Performance Level – Step 9




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CMAFH Drive For Technology 2010
10 Steps to Performance Level – Step 10




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CMAFH Drive For Technology 2010
Functional Safety Terms and Parameters




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Performance Level of EN ISO 13849-1:2006




                 A Performance Level d could be achieved by:

                   Cat. 3                                                                             Cat. 2
                   DCavg = medium                                              or                     DCavg . = medium
                   MTTFd = medium                                                                     MTTFd = high
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EN 62061 and EN 13849-1

                            Safety Integrity Level                       Probability of dangerous                              Performance Level
                                     SIL                                   failure per hour (1/h)                                     PL
                                 IEC 61508                                          PFHd                                           ISO 13849
                                            -                                     >= 10-5 to 10-4                                            a




                                                                                                                                                        ISO 13849
             IEC 62061


                                           1                                   >= 3 x 10-6 to 10-5                                           b
                                           1                                   >= 10-6 to 3 x 10-6                                           c
                                           2                                      >= 10-7 to 10-6                                            d
                                           3                                      >= 10-8 to 10-7                                            e
                                           4                                             < 10-8                                               -


                         electrical, electronic and                                                                       All Technologies
                               programmable
                                                                                                           Simplified Estimation (worst case)
                              calculation formula                                                                     regarding to:
                         for subsystem architectures
                                                                                                        HW Structure (Category like EN 954)
                                                                                                            Diagnostic Coverage (DC)
                                                                                                                 Reliability MTTFd
                                                                                                         Failure of Common Cause (CC)

                                          PFHd – Probability of a dangerous Failure per Hour

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Performance Level in total

        Performance Level of the combination of SRP/CS




                SRP/CS1                                 SRP/CS2                                         SRP/CS3                           SRP/CS4
                  PL1                                     PL2                                             PL3                               PL4
                                                                                                                                            SRP/CS5
                                                                                                                                              PL5
                                                                                                                                              SRP/CS6
                  Cat 3                                   Cat 3                                            Cat 3                                PL6
                                                                                                                                                SRP/CS7
                                                                                                                                                  PL7
                                                                                                                                                  SRP/CS8
                                                                                                                                                    PL8
                                                                                                                                                    SRP/CS9
                                                                                                                                                      PL9
                   PFHtotal = PFHSensor + PFHIO + PFHSafetyPLC + n x PFHDrive                                                                           Cat 3

                   PFHtotal = 2,29 10-7 + 4,29 10-8 + 2,47 10-8 + 6 x 4,29 10-8

                   PFHtotal = 5,54 10-7 < 10-6 -> PL d

                   EN ISO 13849-1:2006 Category 3 PL d
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SafeMotion – Preliminary Data

Safe Torque Off (L2):

        EN ISO 13849-1:2006 Category 3 PL = e

        IEC 61508
        EN 62061:2005
        EN 61800-5-2:2007                                         SIL3

        PFHd =                                                    2 * 10 -9 1/h

        MTTFd =                                                   100 years (limitation by standard)

        Mission Time =                                            20 years




  The PFH values are based on a 100% duty cycle (24h/ 365 days)
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CMAFH Drive For Technology 2010
SafeMotion – Preliminary Data

Safe Motion (S2):

        EN ISO 13849-1:2006 Category 3 PL = d

        IEC 61508
        EN 62061:2005
        EN 61800-5-2:2007                                         SIL2

        PFHd Drive =                                              3 * 10 -8 1/h
        PFHd Feedback =                                           2 * 10 -8 1/h                       (Stegmann/ Heidenhain motor feedback)


        MTTFd =                                                   100 years (limitation by standard)

        Mission Time =                                            20 years
  To calculate the MTTFd value for a drive and feedback combination: Add the PFH values and convert
  then into a MTTFd value. Do not add the MTTFd values since they are limited to 100 years.

  The PFH values are based on a 100% duty cycle (24h/ 365 days)
Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              24
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CMAFH Drive For Technology 2010
 SafeMotion – Preliminary Data


                          Safety Integrity Level                         Probability of dangerous                             Performance Level
                                   SIL                                     failure per hour (1/h)                                    PL
                               IEC 61508                                            PFHd                                          ISO 13849
                                           -                                     >= 10-5 to 10-4                                             a




                                                                                                                                                         ISO 13849
            IEC 62061




                                          1                                   >= 3 x 10-6 to 10-5                                            b
                                          1                                   >= 10-6 to 3 x 10-6                                            c
                                          2                                      >= 10-7 to 10-6                                             d
                                          3                                      >= 10-8 to 10-7                                             e
                                          4                                             < 10-8                                               -

                                                                                                                               ( note that 108 hours is 11,415 years)

Preliminary Data for IndraDrive, Safety on Board

Safe Torque Off: PFHd                                                                  = 2 * 10 -9 1/h = 2 % of max. SIL3 value

Safe Motion:                            PFHd Drive and feedback = 5 * 10 -8 1/h = 5 % of max. SIL2 value



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  IEC 61800-5-2 – New Terminology (not all available)
                                                                                                           Safe Torque Off                               STO
                                                                                                           Safe Stop 1                                   SS1
                                                                                                           Safe Stop 2                                   SS2
                                                                                                           Safe Operating Stop                          SOS
  EN 61800-5-2: 2007
                                                                                                           Safely-monitored Deceleration                SMD 1)
  Functional safety for speed variable drives
                                                                                                           Safely-limited Acceleration                   SLA
                                                                                                           Safe Acceleration Range                       SAR
                                                                                                           Safely-limited Speed                          SLS
                                                                                                           Safe Speed Range                              SSR
                                                                                                           Safe Speed Monitor                           SSM
                                                                                                           Safe Maximum Speed                           SMS 1)
                                                                                                           Safely-limited Increment                      SLI




                                                                                                                                                                 1) Not defined in IEC 61800-5-2
                                                                                                           Safe Direction                                SDI
                                                                                                           Safely-limited Position                       SLP
                                                                                                           Safely-monitored Position                    SMP 1)
                                                                                                           Safe Brake Control                            SBC
                                                                                                           Safe Braking and Holding
                                                                                                           System                                       SBS 1)
                                                                                                           Safely-limited Torque                         SLT
                                                                                                           Safe Torque Range                             STR
                                                                                                           Safe Motor Temperature                       SMT

Electric Drives and Controls   2008-11-07; BRC/SPM; J. Ost                                                 Safe Cam                                      SCA                                       26
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      Drive Based Safety Functions

             Safe Torque Off (STO)




                                                                  Safe Torque off (Stop Category 0*)
v

                                                                            Drive is torque-less
        t0                                      t                           Power is cut safely (pulse inhibit)




                                                                                                                                * according to EN 60204-1
    Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              27
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     Drive Based Safety Functions

         Safe Stop 1 (SS1) / Safe Stop 2 (SS2)


                                                                                 Controlled Stopping according to stop
 v                                                                               category 1* (SS1)
                                                                                     monitored stopping, control or drive
                                                                                     controlled with safe deceleration
                                                                 t
                                                                                     Torque-less standstill of the drives
              t0                          t1
                                                                                     Power is cut safely (STO)



                                                                                 Controlled Stopping according to stop
                                                                                 category 2* (SS2)
                                                                                     monitored stopping, control or drive
                                                                                     controlled
v, s
                                                                     t               controlled standstill after stopping, no
                   t0                          t1
                                                                                     power off (SOS)
                                                                                                   * according to EN 60204-1
 Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              28
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         Drive Based Safety Functions

                Safely Limited Speed (SLS) / Safely Limited Increment (SLI)


            v                                                                            Within the Safe Mode a safely limited
                                                                                         speed and / or a safely limited
                                                                                         increment can be enabled (enabling
                                                                                         device)

                         t0           t1                               t

                                                                                                  30
                                                                                         In case the speed/increment monitoring
        v, s
v, s                                                                                     window will be triggered the drive will
                                                                                         be safely stopped automatically in
                                                                        t                accordance with the stop category 1.




       Electric Drives and Controls    2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                             29
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    Drive Based Safety Functions

        Safe Direction (SDI)


                                                                                     In addition a safe direction (right, left)
 v
                                                                                     can be defined.



0                                                                   t

                                                                                     In case the direction changes the drive
                                                                                     will be safely stopped automatically in
                                                                                     accordance with the stop category 1.




Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              30
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CMAFH Drive For Technology 2010
       Drive Based Safety Functions

           Safe Maximum Speed (SMS1)



                                                                                              The monitoring of a safely limited maximum
                                                                                              speed is active always, regardless the
                                                                                              operation mode of the drive
vMax
                                                                                              (Automatic/Manual Mode)



                                                                                                                   120
                                                                         t
                                                                                              In case the parameterized maximum speed
                                                                                              will be exceeded the drive will be safely
                                                                                              stopped automatically in accordance with
                                                                                              the stop category 1.




   Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                               1) Not defined in IEC 61800-5-2   31
   © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
CMAFH Drive For Technology 2010
Drive Based Safety Functions

        Safely Monitored Position (SMP1)




                                                                                                                In the safe operation mode
                            Working Area                                                                        a working area (absolute
                                                                                                                position) can be defined

                                                                                                                In case the parameterized
                                                                                                                working area will be left, the
                                                                                                                drive will be safely stopped
      Position 1                                             Position 2                                         automatically in accordance
                                                                                                                with the stop category 1.




                                                                                                                         1) Not defined in IEC 61800-5-2

Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                                 32
© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
CMAFH Drive For Technology 2010
  Drive Based Safety Functions

        Safely Limited Position (SLP)
           active in normal and safe operation mode
              - The drive is not able to cross the limited switches
              - The drive is stopped automatically when the available
                deceleration torque would not be sufficient to stop the load
                before the parameterized position area will be left
           Offers cost saving by replacing hardware position limit switch



       v                                                                           v max

                                 Max.                                                                                                                     Max.
                                 deceleration                                                                                                             deceleration
                                                                                                                                                                  s
                 Positive                                                                                                                               Negative
                 Limit Switch                                                                                                                           Limit Switch



Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                                               33
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Safety on Board
SafeMotion - More than just Switching Off!

        The evolution of safety technology
                                               Safety reaction                                    Safety condition

                                                Switching off                                         SafeMotion




Electric Drives and Controls   2008-11-07; BRC/SPM; J. Ost                                                                                              34
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CMAFH Drive For Technology 2010
  Additional Resources



           www.BoschRexroth.com/safety

           www.BoschRexroth.com/MediaDirectory for downloadable manuals
           including Safety on Board Application Manual

           http://www.dguv.de/ifa/en/pra/softwa/sistema/index.jsp or just Google
           “IFA SISTEMA” for BGIA software to calculate PFHd and Performance
           Level to IEC 13849

           Bosch Rexroth Safety on Board hands-on workshop – next scheduled
           for April 21st and 22nd in Hoffman Estates (more to follow)




Electric Drives and Controls   2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs                                                                                              35
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CMAFH Drive For Technology 2010
New safety standards / Machinery Directive




                        Thank you for your attention!




Electric Drives and Controls                http://www.control-city.com
                               2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs
© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
                                                                                                                                                        36

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New Safety Standards Machinery Directive

  • 1. CMAFH Drive For Technology 2010 New Safety Standards / Machinery Directive CMAFH Drive For Technology 2010 New Safety Standards / Machinery Directive Gary Thrall Senior Product Support Engineer Bosch Rexroth Corporation Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 1 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 2. CMAFH Drive For Technology 2010 New Safety Standards / Machinery Directive New European Standards European Machinery Directive – extension of EN 954-1 IEC 13849 Performance Level – 10 steps IEC 61800-1 Functional safety for speed variable drives Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 2 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 3. CMAFH Drive For Technology 2010 Machinery Safety Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 3 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 4. CMAFH Drive For Technology 2010 Passport into European Community market (EEA) European Machinery Directive Machine Builder Fulfilling harmonized standards the manufacturer can assume that the safety aspects of the machine EC directive are met EN 13849-1 (EN 954-1) EN 62061 EN 61800-5-2 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 4 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 5. CMAFH Drive For Technology 2010 EN 945-1 Extended for Machinery Directive EN954-1 Prolonged until December 31, 2011 Why? European companies are encountering difficulties U.S. companies struggling to understand the requirements of the new ISO standard By integrating safety application requirements into certified firmware and software, numerous electromechanical components are no longer needed, safety is enhanced, and profits are increased. This approach to safety compliance simplifies the application for the OEM and can generate more machine uptime for the end user. Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 5 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 6. CMAFH Drive For Technology 2010 Change of Standards Today European Machinery Directive 98/37/EG 2006/42/EG January 2010 Machine Builder EN 954-1 Valid Standard Period 3 years Extended 2 more years EN ISO 13849-1 Transition Transition Valid Standard November 2006 December 2009 EN 62061 Valid Standard January 2006 EN 61800-5-2 Components Valid Standard November 2007 IEC 61508 Valid Standard Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 6 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 7. CMAFH Drive For Technology 2010 Performance Level of EN ISO 13849-1:2006 The Performance Level is defined by Category (architecture), identical to EN 954-1 and C-Standards MTTFd (Meantime to dangerous failure in one channel) Denotation of MTTFd Range of MTTFd Low 3 years <= MTTFd < 10 years Medium 10 years <= MTTFd < 30 years High 30 years <= MTTFd < 100 years DC (Diagnostic Coverage): Share of detected failures Denotation of DC Range of DC None DC < 60% Low 60% <= DC < 90% Medium 90% <= DC < 99% High 99% <= DC CCF (Common Cause Failures affecting both channels) Measures against systematic failures Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 7 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 8. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 1 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 8 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 9. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 1 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 9 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 10. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 3 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 10 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 11. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 4 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 11 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 12. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 5a Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 12 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 13. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 5b Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 13 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 14. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 6 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 14 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 15. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 7 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 15 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 16. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 8 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 16 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 17. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 9 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 17 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 18. CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 10 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 18 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 19. CMAFH Drive For Technology 2010 Functional Safety Terms and Parameters Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 19 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 20. CMAFH Drive For Technology 2010 Performance Level of EN ISO 13849-1:2006 A Performance Level d could be achieved by: Cat. 3 Cat. 2 DCavg = medium or DCavg . = medium MTTFd = medium MTTFd = high Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 20 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 21. CMAFH Drive For Technology 2010 EN 62061 and EN 13849-1 Safety Integrity Level Probability of dangerous Performance Level SIL failure per hour (1/h) PL IEC 61508 PFHd ISO 13849 - >= 10-5 to 10-4 a ISO 13849 IEC 62061 1 >= 3 x 10-6 to 10-5 b 1 >= 10-6 to 3 x 10-6 c 2 >= 10-7 to 10-6 d 3 >= 10-8 to 10-7 e 4 < 10-8 - electrical, electronic and All Technologies programmable Simplified Estimation (worst case) calculation formula regarding to: for subsystem architectures HW Structure (Category like EN 954) Diagnostic Coverage (DC) Reliability MTTFd Failure of Common Cause (CC) PFHd – Probability of a dangerous Failure per Hour Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 21 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 22. CMAFH Drive For Technology 2010 Performance Level in total Performance Level of the combination of SRP/CS SRP/CS1 SRP/CS2 SRP/CS3 SRP/CS4 PL1 PL2 PL3 PL4 SRP/CS5 PL5 SRP/CS6 Cat 3 Cat 3 Cat 3 PL6 SRP/CS7 PL7 SRP/CS8 PL8 SRP/CS9 PL9 PFHtotal = PFHSensor + PFHIO + PFHSafetyPLC + n x PFHDrive Cat 3 PFHtotal = 2,29 10-7 + 4,29 10-8 + 2,47 10-8 + 6 x 4,29 10-8 PFHtotal = 5,54 10-7 < 10-6 -> PL d EN ISO 13849-1:2006 Category 3 PL d Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 22 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 23. CMAFH Drive For Technology 2010 SafeMotion – Preliminary Data Safe Torque Off (L2): EN ISO 13849-1:2006 Category 3 PL = e IEC 61508 EN 62061:2005 EN 61800-5-2:2007 SIL3 PFHd = 2 * 10 -9 1/h MTTFd = 100 years (limitation by standard) Mission Time = 20 years The PFH values are based on a 100% duty cycle (24h/ 365 days) Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 23 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 24. CMAFH Drive For Technology 2010 SafeMotion – Preliminary Data Safe Motion (S2): EN ISO 13849-1:2006 Category 3 PL = d IEC 61508 EN 62061:2005 EN 61800-5-2:2007 SIL2 PFHd Drive = 3 * 10 -8 1/h PFHd Feedback = 2 * 10 -8 1/h (Stegmann/ Heidenhain motor feedback) MTTFd = 100 years (limitation by standard) Mission Time = 20 years To calculate the MTTFd value for a drive and feedback combination: Add the PFH values and convert then into a MTTFd value. Do not add the MTTFd values since they are limited to 100 years. The PFH values are based on a 100% duty cycle (24h/ 365 days) Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 24 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 25. CMAFH Drive For Technology 2010 SafeMotion – Preliminary Data Safety Integrity Level Probability of dangerous Performance Level SIL failure per hour (1/h) PL IEC 61508 PFHd ISO 13849 - >= 10-5 to 10-4 a ISO 13849 IEC 62061 1 >= 3 x 10-6 to 10-5 b 1 >= 10-6 to 3 x 10-6 c 2 >= 10-7 to 10-6 d 3 >= 10-8 to 10-7 e 4 < 10-8 - ( note that 108 hours is 11,415 years) Preliminary Data for IndraDrive, Safety on Board Safe Torque Off: PFHd = 2 * 10 -9 1/h = 2 % of max. SIL3 value Safe Motion: PFHd Drive and feedback = 5 * 10 -8 1/h = 5 % of max. SIL2 value Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 25 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 26. CMAFH Drive For Technology 2010 IEC 61800-5-2 – New Terminology (not all available) Safe Torque Off STO Safe Stop 1 SS1 Safe Stop 2 SS2 Safe Operating Stop SOS EN 61800-5-2: 2007 Safely-monitored Deceleration SMD 1) Functional safety for speed variable drives Safely-limited Acceleration SLA Safe Acceleration Range SAR Safely-limited Speed SLS Safe Speed Range SSR Safe Speed Monitor SSM Safe Maximum Speed SMS 1) Safely-limited Increment SLI 1) Not defined in IEC 61800-5-2 Safe Direction SDI Safely-limited Position SLP Safely-monitored Position SMP 1) Safe Brake Control SBC Safe Braking and Holding System SBS 1) Safely-limited Torque SLT Safe Torque Range STR Safe Motor Temperature SMT Electric Drives and Controls 2008-11-07; BRC/SPM; J. Ost Safe Cam SCA 26 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 27. CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions Safe Torque Off (STO) Safe Torque off (Stop Category 0*) v Drive is torque-less t0 t Power is cut safely (pulse inhibit) * according to EN 60204-1 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 27 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 28. CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions Safe Stop 1 (SS1) / Safe Stop 2 (SS2) Controlled Stopping according to stop v category 1* (SS1) monitored stopping, control or drive controlled with safe deceleration t Torque-less standstill of the drives t0 t1 Power is cut safely (STO) Controlled Stopping according to stop category 2* (SS2) monitored stopping, control or drive controlled v, s t controlled standstill after stopping, no t0 t1 power off (SOS) * according to EN 60204-1 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 28 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 29. CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions Safely Limited Speed (SLS) / Safely Limited Increment (SLI) v Within the Safe Mode a safely limited speed and / or a safely limited increment can be enabled (enabling device) t0 t1 t 30 In case the speed/increment monitoring v, s v, s window will be triggered the drive will be safely stopped automatically in t accordance with the stop category 1. Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 29 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 30. CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions Safe Direction (SDI) In addition a safe direction (right, left) v can be defined. 0 t In case the direction changes the drive will be safely stopped automatically in accordance with the stop category 1. Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 30 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 31. CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions Safe Maximum Speed (SMS1) The monitoring of a safely limited maximum speed is active always, regardless the operation mode of the drive vMax (Automatic/Manual Mode) 120 t In case the parameterized maximum speed will be exceeded the drive will be safely stopped automatically in accordance with the stop category 1. Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 1) Not defined in IEC 61800-5-2 31 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 32. CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions Safely Monitored Position (SMP1) In the safe operation mode Working Area a working area (absolute position) can be defined In case the parameterized working area will be left, the drive will be safely stopped Position 1 Position 2 automatically in accordance with the stop category 1. 1) Not defined in IEC 61800-5-2 Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 32 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 33. CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions Safely Limited Position (SLP) active in normal and safe operation mode - The drive is not able to cross the limited switches - The drive is stopped automatically when the available deceleration torque would not be sufficient to stop the load before the parameterized position area will be left Offers cost saving by replacing hardware position limit switch v v max Max. Max. deceleration deceleration s Positive Negative Limit Switch Limit Switch Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 33 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 34. Safety on Board SafeMotion - More than just Switching Off! The evolution of safety technology Safety reaction Safety condition Switching off SafeMotion Electric Drives and Controls 2008-11-07; BRC/SPM; J. Ost 34 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 35. CMAFH Drive For Technology 2010 Additional Resources www.BoschRexroth.com/safety www.BoschRexroth.com/MediaDirectory for downloadable manuals including Safety on Board Application Manual http://www.dguv.de/ifa/en/pra/softwa/sistema/index.jsp or just Google “IFA SISTEMA” for BGIA software to calculate PFHd and Performance Level to IEC 13849 Bosch Rexroth Safety on Board hands-on workshop – next scheduled for April 21st and 22nd in Hoffman Estates (more to follow) Electric Drives and Controls 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs 35 © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  • 36. CMAFH Drive For Technology 2010 New safety standards / Machinery Directive Thank you for your attention! Electric Drives and Controls http://www.control-city.com 2009-02-26; BRC/SPD G. Kobs © Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 36