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New Safety Standards Machinery Directive

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Overview of European Machinery Directive, performance level and functional safety for speed variable drives. (Bosch Rexroth) Drive for Technology 2010

Overview of European Machinery Directive, performance level and functional safety for speed variable drives. (Bosch Rexroth) Drive for Technology 2010

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  • 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

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