CMAFH New safety standards Machinery Directive 2010 04 · New Safety Standards / Machinery...
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1Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 New Safety Standards / Machinery Directive
CMAFHDrive For Technology 2010
New Safety Standards / Machinery Directive
Gary Thrall Senior Product Support Engineer
Bosch Rexroth Corporation
2Electric Drives and Controls 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.
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
3Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010Machinery Safety
4Electric Drives and Controls 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.
EC
Machine Builder
EN 13849-1 (EN 954-1)EN 62061
EN 61800-5-2
CMAFH Drive For Technology 2010 Passport into European Community market (EEA)
European Machinery Directive
Fulfilling harmonized standards the manufacturer can assume that the safety
aspects of the machine directive are met
5Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 EN 945-1 Extended for Machinery Directive
EN954-1 Prolonged until December 31, 2011
Why?European companies are encountering difficultiesU.S. companies struggling to understand the requirements of the new ISO standard
By integrating safety application requirements into certified firmware andsoftware, numerous electromechanical components are no longer needed, safetyis enhanced, and profits are increased. This approach to safety compliancesimplifies the application for the OEM and can generate more machine uptime forthe end user.
6Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 Change of Standards
EN ISO 13849-1
December 2009
EN 954-1
EN 61800-5-2
November 2006
November 2007
January 2006
IEC 61508
EN 62061
Valid Standard
Valid Standard Period 3 years
Valid Standard
Valid Standard
Valid Standard
Transition
Mac
hine
Bui
lder
Com
pone
nts
98/37/EG
January 2010
2006/42/EGEuropean Machinery Directive
Today
Extended 2 more years
Transition
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CMAFH Drive For Technology 2010 Performance Level of EN ISO 13849-1:2006
The Performance Level is defined byCategory (architecture), identical to EN 954-1 and C-StandardsMTTFd (Meantime to dangerous failure in one channel)
DC (Diagnostic Coverage): Share of detected failures
CCF (Common Cause Failures affecting both channels)Measures against systematic failures
Denotation of MTTFd Range of MTTFd
Low
Medium
High
3 years <= MTTFd < 10 years
10 years <= MTTFd < 30 years
30 years <= MTTFd < 100 years
Denotation of DC Range of DC
None
Low
Medium
DC < 60%
60% <= DC < 90%
90% <= DC < 99%
High 99% <= DC
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CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 1
9Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 1
10Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 3
11Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 4
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CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 5a
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CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 5b
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CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 6
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CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 7
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CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 8
17Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 9
18Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 10 Steps to Performance Level – Step 10
19Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010Functional Safety Terms and Parameters
20Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010Performance Level of EN ISO 13849-1:2006
A Performance Level d could be achieved by:
Cat. 3 Cat. 2DCavg = medium or DCavg . = medium MTTFd = medium MTTFd = high
21Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 EN 62061 and EN 13849-1
-< 10-84
e>= 10-8 to 10-73
d>= 10-7 to 10-62
c>= 10-6 to 3 x 10-61
b>= 3 x 10-6 to 10-51
a>= 10-5 to 10-4-
Performance LevelPL
ISO 13849
Probability of dangerous failure per hour (1/h)
PFHd
Safety Integrity LevelSIL
IEC 61508IE
C 6
2061
ISO
138
49
PFHd – Probability of a dangerous Failure per Hour
All Technologies
Simplified Estimation (worst case)regarding to:
HW Structure (Category like EN 954)Diagnostic Coverage (DC)
Reliability MTTFdFailure of Common Cause (CC)
electrical, electronic and programmable
calculation formula for subsystem architectures
22Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 Performance Level in total
Performance Level of the combination of SRP/CS
PFHtotal = PFHSensor + PFHIO + PFHSafetyPLC + n x PFHDrive
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
SRP/CS1PL1
SRP/CS2PL2
SRP/CS3PL3
SRP/CS4PL4SRP/CS5
PL5SRP/CS6PL6SRP/CS7
PL7SRP/CS8PL8SRP/CS9
PL9
Cat 3 Cat 3 Cat 3
Cat 3
23Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 SafeMotion – Preliminary Data
Safe Torque Off (L2):
EN ISO 13849-1:2006 Category 3 PL = e
IEC 61508EN 62061:2005EN 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)
24Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 SafeMotion – Preliminary Data
Safe Motion (S2):
EN ISO 13849-1:2006 Category 3 PL = d
IEC 61508EN 62061:2005EN 61800-5-2:2007 SIL2
PFHd Drive = 3 * 10 -8 1/hPFHd 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)
25Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 SafeMotion – Preliminary Data
( 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
-< 10-84
e>= 10-8 to 10-73
d>= 10-7 to 10-62
c>= 10-6 to 3 x 10-61
b>= 3 x 10-6 to 10-51
a>= 10-5 to 10-4-
Performance LevelPL
ISO 13849
Probability of dangerous failure per hour (1/h)
PFHd
Safety Integrity LevelSIL
IEC 61508
IEC
620
61
ISO
138
49
26Electric Drives and Controls 2008-11-07; BRC/SPM; J. Ost© 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 IEC 61800-5-2 – New Terminology (not all available)
SCASafe Cam
SMTSafe Motor Temperature
STRSafe Torque Range
SLTSafely-limited Torque
SBS 1)Safe Braking and Holding System
SBCSafe Brake Control
SMP 1)Safely-monitored Position
SLPSafely-limited Position
SDISafe Direction
SLISafely-limited Increment
SMS 1)Safe Maximum Speed
SSMSafe Speed Monitor
SSRSafe Speed Range
SLSSafely-limited Speed
SARSafe Acceleration Range
SLASafely-limited Acceleration
SMD 1)Safely-monitored Deceleration
SOSSafe Operating Stop
SS2Safe Stop 2
SS1Safe Stop 1
STOSafe Torque Off
1) N
ot d
efin
ed in
IEC
618
00-5
-2
EN 61800-5-2: 2007 Functional safety for speed variable drives
27Electric Drives and Controls 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.
Safe Torque off (Stop Category 0*)
Drive is torque-lessPower is cut safely (pulse inhibit)
v
tt0
Safe Torque Off (STO)
CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions
* according to EN 60204-1
28Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions
Safe Stop 1 (SS1) / Safe Stop 2 (SS2)
Controlled Stopping according to stop category 1* (SS1)
monitored stopping, control or drive controlled with safe decelerationTorque-less standstill of the drivesPower is cut safely (STO)
Controlled Stopping according to stop category 2* (SS2)
monitored stopping, control or drive controlledcontrolled standstill after stopping, no power off (SOS)
* according to EN 60204-1
v, s tt0 t1
v
tt0 t1
29Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions
Safely Limited Speed (SLS) / Safely Limited Increment (SLI)
Within the Safe Mode a safely limited speed and / or a safely limited increment can be enabled (enabling device)
In case the speed/increment monitoring window will be triggered the drive will be safely stopped automatically in accordance with the stop category 1.
v, s
v
t
v, s
t
t0 t1 30
30Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions
Safe Direction (SDI)
In addition a safe direction (right, left) can be defined.
In case the direction changes the drive will be safely stopped automatically in accordance with the stop category 1.
v
t0
31Electric Drives and Controls 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.
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 (Automatic/Manual Mode)
In case the parameterized maximum speed will be exceeded the drive will be safely stopped automatically in accordance with the stop category 1.
vMax
t
120
1) Not defined in IEC 61800-5-2
32Electric Drives and Controls 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.
In the safe operation mode a working area (absolute position) can be defined
In case the parameterized working area will be left, the drive will be safely stopped automatically in accordance with the stop category 1.
Position 1 Position 2
Working Area
CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions
Safely Monitored Position (SMP1)
1) Not defined in IEC 61800-5-2
33Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 Drive Based Safety Functions
s
v v max
Max. deceleration
Positive Limit Switch
Negative Limit Switch
Max. deceleration
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
34Electric Drives and Controls 2008-11-07; BRC/SPM; J. Ost© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
Safety on BoardSafeMotion - More than just Switching Off!
The evolution of safety technology
Safety reaction
Switching off SafeMotion
Safety condition
35Electric Drives and Controls 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.
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)
36Electric Drives and Controls 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.
CMAFH Drive For Technology 2010 New safety standards / Machinery Directive
http://www.control-city.com
Thank you for your attention!