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Allgemeine Informationen

CG Drives & Automation 01-7513-11r0

Abb. 1 System-Blockschaltbild

Die OSTO_100 Optionskarte besitzt zwei externe Sicherheitseingänge,
bezeichnet als

STO1

und

STO2

. Die Sicherheitsfunktion wird durch Trennung

des 24-VDC-Eingangs aktiviert. Ist STO aktiv, werden alle PWM-Signale von
der Steuerplatine des Frequenzumrichters an die IGBT Gate-
Treiberschaltungen auf dem Power-Board über ein sicheres Abschaltprinzip
unterbunden. Das Power-Board kann dann kein Drehfeld mehr erzeugen und
der Motor ist drehmomentfrei.

Beispiel: Bei einem 4-poligen Motor kann ein anormaler Leistungsfehler in den
IGBTs zu einer Restbewegung von 180°/2, d. h. maximal 90°, führen. Dieses
Restrisiko muss berücksichtigt und dokumentiert werden.

Abbildung 2 zeigt die Gate-Anschlüsse der oberen und unteren IGBTs auf dem
Power-Board zusammen mit einem angeschlossenen Drehstrommotor (M).

HINWEIS: Ein Kurzschluss an einem der IGBT-Pfade (Leistungstransistoren)
kann dennoch zu einer Restbewegung der Motorwelle führen. Die
Restbewegung in Grad entspricht 180

°

/ „Anzahl der Polpaare“ im Motor.

Control board

OSTO_100 option

Power board

STO1 STO2

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Summary of Contents for Emotron OSTO 100

Page 1: ...Emotron OSTO_100 option board for safety function Safe Torque Off STO for Emotron FDU VFX 2 1 and CDU CDX 2 1 AC drives Emotron VFXR Emotron FDUL Instruction manual English Geman ...

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Page 3: ... Original instructions Document number 01 7513 11 Edition r0 Date of release 10 May 2021 Copyright CG Drives Automation Sweden AB 2012 2021 CG Drives Automation retains the right to change specifications and illustrations in the text without prior notification The contents of this document may not be copied without the explicit permission of CG Drives Automation Sweden AB ...

Page 4: ......

Page 5: ...modifications 15 2 7 Disposal 15 3 Functional description 16 3 1 OSSD support 16 3 2 STO status feedback signal 17 3 3 Deactivation of STO 19 3 4 Response time 20 4 Technical data 22 4 1 Safety data 22 4 2 Interface description with electrical data 24 4 3 System timing information 27 4 4 Environmental conditions 27 5 Electrical installation 29 6 Connections and wiring 30 6 1 Wiring 30 6 2 EMC envi...

Page 6: ...4 7 2 Acceptance test 35 7 3 In case of fault 35 8 Faults and diagnostics 36 8 1 Resetting STO condition 38 8 2 Diagnostics via communication interface 39 9 Appendix 40 9 1 Manual wiring check 40 9 2 Requirements on power supply 40 9 3 Mounting instruction 41 9 4 Connection examples 47 9 5 Certificate 52 9 6 Abbreviations 54 ...

Page 7: ... to also achieve e g safety function Safe Stop 1 SS1 t Working principle of SS1 t is to utilize the AC drive to brake the motor down to standstill before STO is activated For safety function SS1 t additional external safety components are required e g safety relay This manual contains technical data of the Emotron OSTO_100 option board and explains the operation and connection of the board The Saf...

Page 8: ...is then unable to generate any rotary field and the motor will be torque free Example Using a 4 pole motor may upon an abnormal power fault in IGBTs result in residual movement of 180 2 i e maximum 90 This residual risk shall be known and documented Figure 2 shows the gate terminals of upper and lower IGBTs on the power board along with a connected three phase motor M NOTE A short on any IGBT leg ...

Page 9: ...on OSTO_100 option alone provides a stop function equivalent to stop category 0 according to EN 60204 1 EN IEC 60204 1 stop category 1 can be achieved in a system together with a safety position switch along with a safety switching device like e g Pilz PNOZ s5 where the safety switching device is also wired to e g Run Enable signal on the drive to achieve a controlled stop where STO becomes activa...

Page 10: ...0 option is a configurable option in the following Emotron standard products in any enclosure type or supply voltage and current rating FDU VFX 2 1 CDU CDX 2 1 VFXR FDUL NOTE When utilizing non safe Run or Enable signals they must NOT be wired together with any safety related circuit signal NOTE In case Fire Mode is activated in the Emotron standard product the activation of STO situation will ove...

Page 11: ...isks which cannot be eliminated Document residual risks and inform users about these risks When using the Emotron OSTO_100 option in a functional safety related application it is mandatory to use a higher level safety switching device or controller for activation purposes The Emotron OSTO_100 option may NOT be used unintended by e g Usage outside technical specifications NOTE Additional informatio...

Page 12: ...r be operated without intended covers The user shall also carefully observe and consider all documentation regarding main Emotron product and OSTO_100 option as it is fundamental to obtain a safe installation The examples and procedural tests described in this document are only proposals It is up to the user to adapt these to specific applications CG Drives Automation CGDA does not take responsibi...

Page 13: ...a risk analysis in accordance with the Machinery Directive so as to determine the risk associated with the use of the machine WARNING Failure to follow these instructions can result in serious injury to the operator and or machinery The Safe Torque Off only guarantees a torque less motor i e hazardous voltages can still be present at the output of the drive controller while STO is active The STO s...

Page 14: ...f such residual dangers may carry out work operate dispose such a machine Qualified staff are defined as persons whom has acquired applicable knowledge by professional training following applicable standards and guidelines of safety engineering IEC 60364 or CENELEC HD 384 describes appropriate skills of staff more in detail Staff shall be familiar with installation mounting commissioning and opera...

Page 15: ... any hardwiring of the safety inputs Neither repair nor modification of the Emotron OSTO_100 option board is allowed In case of suspected defect on option board please return it to CG Emotron along with a detailed fault description 2 7 Disposal The enclosures of the drives are made from recyclable material as aluminum iron and plastic Our AC drives comply to RoHS II directive and contain electroni...

Page 16: ...e on safety PLCs safety light curtains and sensors With a conventional 24Vdc output it is not possible to detect short circuit on the wiring this is however possible with OSSD technology The method is based on transmitting short OSSD test pulses with low output voltage During this test pulse length the safety device reads back the output signal via digital input In case 24Vdc is present at the inp...

Page 17: ...STO_STATUS_ISO mirrors the actual state of the gate driver NOTE The receiving unit must support OSSD given the pulse length of the test pulse and its periodicity This Emotron OSTO_100 option have support of OSSD test pulses with a maximum length of 1 ms with a frequency up to 200 Hz NOTE The status feedback signal is not intended for use of driving external relay In the case this is required you m...

Page 18: ...que WARNING When safe torque off is active the motor will become torque free This means that any hanging suspended or tensioned load like e g cranes or hoists will require additional brakes or mechanical interlocks to avoid residual risk of dropping loads Dropping loads may cause personal injury or property damage Further make sure that no other residual risk can occur while the motor is coasting ...

Page 19: ...otor can rotate produce torque To activate STO both STO inputs shall be disconnected from 24Vdc supply voltage simultaneously The unsafe STO_STATUS_ISO output is available to diagnose the safety channel wiring as well as the actual gate driver status Upon detecting fault in electronics of OSTO_100 option e g incorrect voltage level on PCB the STO will be activated safe state ...

Page 20: ...stant speed and both STO1 and STO2 input signals are high STO_STATUS_ISO is low indicating disabled STO At time t1 STO1 signal goes low and after additional time of tresponse milliseconds time t2 the gate driver is made powerless regardless of state of input STO2 and STO_STATUS_ISO output goes high to indicate an active Safe Torque Off state The Emotron OSTO_100 option has a tresponse time of 15 m...

Page 21: ...important to consider the residual risk until the motor has come to a stopped state At time t3 STO2 is reactivated and shortly after at time t4 STO1 is also reactivated From time t4 where both input signals are high safe torque off status is disabled and the motor may ramp up at any instant after carrying out the reset procedure as described in Resetting STO condition on page 38 ...

Page 22: ...is designed with designated Category 4 acc EN ISO 13849 1 Safety parameters according to IEC 61508 part 1 7 and IEC 62061 Safety of machinery NOTE All calculations in this section are calculated based on a redundant use case If only a single channel is used the presented safety data below is not valid Table 2 Safety parameters IEC 61508 and IEC 62061 Parameter Value Comment Safety Integrity Level ...

Page 23: ...ble 3 Safety parameters EN ISO 13849 1 Parameter Value Comment Performance level PL e Category 4 MTTFd 277 years Diagnostic coverage DCavg High 99 SFF 99 NOTE In the case no parameter values were given be the component manufacturer database SN 29500 for Electronic Reliability Prediction have been used ...

Page 24: ... of the Emotron OSTO_100 option has elapsed is not allowed The specified mission time starts at the date of manufacturing which is stated on a label on the Emotron OSTO_100 option The mission time cannot be reset by any refurbishing nor any special proof test NOTE See picture below showing the physical location of X1 and X2 of Emotron OSTO_100 board The STO input terminal X1 is clearly marked with...

Page 25: ...rive as this is the system voltage used both for internal and external auxiliary connected hardware Further this generic 24Vdc output is not isolated and cascading this signal to multiple drives with possible potential difference may cause damage to the output Table 4 Safety channel terminal Terminal Designation function Data X1 1 STO1 Safety channel 1 Nominal voltage 24Vdc SELV PELV source1 Logic...

Page 26: ...ed from the voltage supply used for the safety channel Input range 18 30Vdc Max input cur rent 10mA X2 2 0V ref status signal 0V reference to status feedback X2 3 STO_STATUS_ISO Output feedback signal see truth table in Table 1 NOTE This output is an un safe feed back signal High when STO active Low when STO is inactive X2 4 0v ref status signal Additional 0V reference connection internally connec...

Page 27: ...h any 2 1 model of the standard Emotron products FDU VFX CDU CDX as well as in any customized product based on these standard products the Emotron OSTO_100 option has been verified against the most severe environmental specifications These are listed in the Table 7 below Table 6 Timing information System event Time Response time for one of STO1 or STO2 inputs going low until IGBT driver sig nals m...

Page 28: ... over 68kg ISTA 1A up to 68kg ISTA 1D over 68kg Shock 250m s2 ISTA 1A up to 68kg ISTA 1D over 68kg ISTA 1A up to 68kg ISTA 1D over 68kg Altitude 0 1000m 4000m with reduced load 0 4000m 0 4000m Contamination solids IEC 60721 3 3 3S2 N A N A Contamination chemical gases IEC 60721 3 3 3C2 and 3C3 for Dehydrogen Sul phide H2S Hydrogen Chlo ride HCl Sea Salts NaCl Ammonia NH3 2C2 1C2 Table 7 Environmen...

Page 29: ...sible with frequency up to 200 Hz The safety input channels are electrically isolated to the remaining cir cuitry Voltage supply to safety channels are only allowed from SELV PELV sup ply subsystem Passive sensors are commonly connected towards the STO safety inputs via a safety relay switching device Note that the switching device must comply with the required category of the application Active s...

Page 30: ...fety switching device may output a test pattern on both safety channels before normal use to check the complete path wir ing STO hardware to detect possible fault The combina tions of TABLE 1 TRUTH TABLE OF STO_STATUS_ISO shall be evaluated NOTE STO_STATUS_ISO state will NOT be affected by OSSD test pulses 2 The Emotron OSTO_100 option has support for OSSD test pulses up to 1ms in length i e the p...

Page 31: ...ximum allowed cable length is 30 m counting from STO inputs towards the operating contact switch Feature Wire type Unit Min Max Cross section Stranded wire without cable end sleeve mm2 0 1 2 5 Stranded wire with cable end sleeve ferrule without plas tic collar mm2 0 1 2 5 Stranded wire with cable end sleeve ferrule and plastic collar mm2 0 1 2 5 Two stranded wires with the same area without cable ...

Page 32: ...evice capability as well as the overall system safety figures 6 5 Safety sensors The user must secure that the used safety sensors comply with the required control category for the application machinery Safety sensor can be split up into two different categories passive or active sensors 6 5 1 Passive sensors Passive sensors consist of 2 switching elements with contacts The switches must be wired ...

Page 33: ...irectly connected to the safety inputs of the Emotron OSTO_100 option which supports OSSD When using active sensors it is important to consider the maximum connection capacity of the output from the active sensor The outputs will under normal circumstances switch simultaneously Safety functions will be initiated if only one of the two channels are active Diverging channel status imply faulty senso...

Page 34: ...found failures and the remedy of such shall also be included in this document The STO functional safety shall be tested before initial commissioning and then after each subsequent commissioning of the AC drive machine with an updated acceptance test After each system change it is important to check that the actual perfor mance level still meets the required performance level Check that the functio...

Page 35: ... the functional test Checking parameters Signing test report Implementing appendix with test records Protocols for the plant External recording 7 3 In case of fault The Emotron OSTO_100 option is designed in a very robust way However in case you suspect that there is a hardware fault on the actual STO function then send back the equipment preferably together with the complete AC drive and a detail...

Page 36: ... an internal hard ware fault have occurred on the OSTO_100 board and this is detected the Emotron OSTO_100 option will put the motor to safe state and lit RED LEDs1 Indicated via RED LEDs on OSTO_100 board No further measure can be taken No return OSTO_100 option to CGDA service The fault is internal on the Emotron OSTO_100 option STO active although high input on both STO1 and STO2 Cannot start m...

Page 37: ...trol board will disable PWM modulation to gate driver as well although this function is not safety related itself Fig 7 PPU area D Table 9 Diagnostic LED indication Diagnostic LED indicator Comment Two GREEN LEDs are lit Normal operation with both STO inputs high STO deactivated meaning that motor can generate torque No LEDs are lit STO active with one or both STO inputs low IGBT driver made power...

Page 38: ...e to comply with the Machine Directive In case 215 Run Stp control is set to keyboard you also have to press the RESET button on the control panel If 215 Run Stp control is set to Com you have to cancel existing Run command via communication by setting the corresponding bit of either Run RunR or RunL low To restart the motor after STO condition Give a new RUN command to the Emotron AC drive by ris...

Page 39: ...rofibus DeviceNet Ethernet IP Profinet IO EtherCAT CANopen etc The following parameter Modbus registers shall be utilized which may also be mapped to process data according to the Emotron fieldbus manual It can be read as bit 9 0 15 in the status register on Modbus 49052 1 STO active It can also be read as bit 5 0 15 in the areaD flags on Modbus 30180 1 STO active NOTE This indication shall be tre...

Page 40: ... level safety controller must be used If you have not received correct result from this test check wiring and eliminate possible errors found 9 2 Requirements on power supply The STO inputs shall be supplied by separate 24Vdc SELV power supply with the following mandatory criteria fulfilled Limited to 60 Vdc under all fault conditions Over voltage protection integrated Safety Extra Low Voltage SEL...

Page 41: ...e approximately 45 mm long for interconnecting OSTO_100 option to AC drive control board NOTE It is not allowed to use the internal 24Vdc supply on the Emotron AC drive control board as a power supply for the safety channel Further cascading the internal 24Vdc output from the Emotron AC drive control board to several other nodes may cause destruction of the output due to potential differences betw...

Page 42: ...he flat cable is marked with a colour on one side and has a pin on the micromatch male contact This side must be matched to the female micromatch contact on the AC drive control board and option board respectively where a small hole in the board is located Fig 9 Polarisation of flat cables CAUTION Incorrect connection might cause damage both to the option and to the AC drive control board external...

Page 43: ... on the right side 2 Disconnect the two flat cables going to X6 and X7 interface on the Emotron AC drive control board 3 Place the Emotron OSTO_100 option in the free spot located above the AC drive control board and attach the four screws towards the spacers NOTE Correct installation is essential for fulfilling the EMC requirements and for proper operation of the module NOTE When the cover of the...

Page 44: ...n 01 7513 11r0 4 Attach the two loose flat cables from power board step 3 towards X6A and X7A interface on Emotron OSTO_100 option board NOTE Remember to polarize flat cable according to section Polarisation of flat cables on page 42 ...

Page 45: ... Connect the two shorter 18 pole and 20 pole flat cables between X6 and X7 on AC drive control board side towards X6B and X7B on Emotron OSTO_100 option NOTE Remember to polarize flat cable according to section Polarisation of flat cables on page 42 ...

Page 46: ...n OSTO_100 option This metal frame will act as both physical protection as well as attenuating EMI and magnetic fields NOTE In case the option board becomes defect and is replaced with a new board then it is important to do a new acceptance test of the system to secure that no faults have been introduced when replacing the option board ...

Page 47: ...are not related to any safety classification The above stops may be implemented w o any safety at all or alternatively fulfilling e g SIL 1 3 depending on connections and external safety equipment Using Emotron OSTO_100 option as standalone will result in stop category 0 as it will de energize the IGBT gate driver circuitry which in turn will result in a coasting motor uncontrolled stop NOTE The f...

Page 48: ...s below a specific limit Safe Stop 1 time limited SS1 t This initiates the motor deceleration and performs the STO function after an application specific time delay This safety sub function corresponds to a controlled stop in accordance with stop category 1 of EN IEC 60204 1 The working principle is that e g a 2 channel passive emergency switch is connected to a safety switching device safety rela...

Page 49: ... sensor using external 24Vdc Control wiring example to achieve STO function using passive sensor When the passive sensor is activated the contacts opens AC Drive STO1 STO2 signal and the AC Drive safe torque is activated Safety Stop External 24Vdc 24V STO2 3 0V_STO 2 24V STO1 X1 1 0V_ISO X2 2 0V_ISO X2 4 24V input STO status X2 1 STO_STATUS_ISO X2 3 PE OSTO_100 option board ...

Page 50: ...xternal 24Vdc Control wiring example to achieve Emergency stop using external safety relay When the external safety relay is activated the contacts on the safety relay opens AC Drive STO1 STO2 signals and the AC Drive safe torque off is activated Reset External Safety Relay External 24Vdc 24V STO2 X1 3 0V_STO X1 2 24V STO1 X1 1 0V_ISO X2 2 0V_ISO X2 4 24V input STO status X2 1 STO_STATUS_ISO X2 3 ...

Page 51: ...ivated it opens AC Drive stop signal and motor decelerates first by AC Drive dec ramp When the time delay on the external safety relay expires this time must be higher then dec ramp time the safety relays delayed contacts opens AC Drive STO1 STO2 signals and the AC Drive safe torque off is activated Reset External Safety Relay Delayed External 24Vdc 24V STO2 X1 3 0V_STO X1 2 24V STO1 X1 1 24 V DC ...

Page 52: ... 61508 Part 1 7 Functional safety of safety related electrical electronic programmable electronic systems IEC IEC 61800 3 Electrical variable speed drives Part 3 EMC requirements including specific test procedures EN IEC 61800 5 1 Adjustable speed electrical power drive systems Part 5 1 Safety requirements electrical thermal and energy EN IEC 61800 5 2 Adjustable speed electrical power drive syste...

Page 53: ...CG Drives Automation 01 7513 11r0 Appendix 53 ...

Page 54: ...4 CCF EN ISO 13849 1 Common Cause Failure Failures due to common causes affecting both safety chan nels at the same time e g high environment temperature or EMI This is why a diversity in design shall be used between the channels DCavg EN ISO 13849 1 Average Diagnostic Coverage Specifies the average probability of revealing errors by a test HFT EN IEC 61508 Hardware fault tolerance IGBT Insulated ...

Page 55: ...bility which a controller fulfills a safety function SC EN IEC 61508 Systematic capability SFF EN IEC 61508 Safe failure fraction SIL EN IEC 61508 Safety integrity level 1 3 according to EN IEC 62061 or EN IEC 61508 SILCL EN IEC 62061 Maximum SIL level 1 3 that can be claimed for a safety function or subsystem SRP CS Safety related part of a controller Part of a controller that responds to safety ...

Page 56: ...safety function or subsystem Performing a proof test at a maximum interval of T1 is required to keep the SIL or PL capability valid TM EN ISO 13849 1 Mission Time the period of time covering the intended use of the safety function device After the mission time elapses the safety device must be replaced Table 10 Safety related abbreviations Abbr Reference Description ...

Page 57: ...iebsanleitung Dokumentennummer 01 7513 11 Ausgabe r0 Veröffentlichungsdatum 10 Mai 2021 Copyright CG Drives Automation Sweden AB 2012 2021 CG Drives Automation behält sich das Recht vor Angaben und Abbildungen innerhalb des Textes ohne vorherige Ankündigung zu ändern Die Inhalte dieses Dokuments dürfen ohne die ausdrückliche Genehmigung von CG Drives Automation Sweden AB nicht vervielfältigt werde...

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Page 59: ...paraturen und Modifikationen 15 2 7 Entsorgung 15 3 Funktionsbeschreibung 16 3 1 OSSD Unterstützung 16 3 2 STO Statusrückmeldesignal 17 3 3 Deaktivierung von STO 19 3 4 Ansprechzeit 20 4 Technische Daten 22 4 1 Sicherheitsdaten 22 4 2 Schnittstellenbeschreibung mit elektrischen Daten 24 4 3 System Timing Informationen 27 4 4 Umgebungsbedingungen 27 5 Elektroinstallation 29 6 Anschlüsse und Verkabe...

Page 60: ... Abnahmeprüfung 35 7 3 In Falle eines Fehlers 35 8 Fehler und Diagnosen 36 8 1 Zurücksetzen des STO Zustands 38 8 2 Diagnose über die Kommunikationsschnittstelle 39 9 Anhang 40 9 1 Manuelle Prüfung der Verkabelung 40 9 2 Anforderungen an das Netzteil 40 9 3 Montageanleitung 41 9 4 Anschlussbeispiele 47 9 5 Zertifizierung 52 9 6 Abkürzungen 54 ...

Page 61: ...tscheidende Grundlage die durch zusätzliche Sicherheitsfunktionen ergänzt werden kann um z B auch die Sicherheitsfunktion Sicherer Stopp 1 SS1 t zu erreichen Die Funktionsweise von SS1 t besteht darin den Frequenzumrichter zu nutzen um den Motor bis zum Stillstand abzubremsen bevor STO aktiviert wird Für die Sicherheitsfunktion SS1 t werden zusätzliche externe Sicherheitskomponenten benötigt z B S...

Page 62: ...rd kann dann kein Drehfeld mehr erzeugen und der Motor ist drehmomentfrei Beispiel Bei einem 4 poligen Motor kann ein anormaler Leistungsfehler in den IGBTs zu einer Restbewegung von 180 2 d h maximal 90 führen Dieses Restrisiko muss berücksichtigt und dokumentiert werden Abbildung 2 zeigt die Gate Anschlüsse der oberen und unteren IGBTs auf dem Power Board zusammen mit einem angeschlossenen Drehs...

Page 63: ...rastetem STO Zustand ist in Abschnitt Zurücksetzen des STO Zustands auf Seite 38 detailliert beschrieben Die Emotron OSTO_100 Option allein bietet eine Stopp Funktion entsprechend Stopp Kategorie 0 in EN 60204 1 EN IEC 60204 1 Stopp Kategorie 1 kann in einem System zusammen mit einem Sicherheits Positionsschalter und einem Sicherheitsschaltgerät z B Pilz PNOZ s5 erreicht werden wobei das Sicherhei...

Page 64: ...en finden Sie in Abschnitt Anschlussbeispiele auf Seite 47 1 1 Bestimmungsgemäße Verwendung Die Emotron OSTO_100 Option ist eine konfigurierbare Option in folgenden Emotron Standardprodukten mit beliebiger Gehäusebauart oder Versorgungsspannung und Nennstrom FDU VFX 2 1 CDU CDX 2 1 VFXR FDUL HINWEIS Bei Verwendung nicht sicherer Run oder Enable Signale dürfen diese NICHT mit irgendeinem sicherheit...

Page 65: ...ger Schutzmaßnahmen gegen Risiken die sich nicht beseitigen lassen Dokumentation von und Unterrichtung der Benutzer über Restrisiken Bei Nutzung der Emotron OSTO_100 Option in einer funktional sicherheitsbezogenen Anwendung muss zwingend ein übergeordnetes Sicherheitsschalt oder steuergerät zu Aktivierungszwecken verwendet werden HINWEIS Zusätzliche Informationen zur leichteren Problemvermeidung A...

Page 66: ...chädigung aufweist Darf unter keinen Umständen Hardware technisch verändert werden Darf keinesfalls ohne die vorgesehenen Schutzabdeckungen betrieben werden Zudem muss sich der Benutzer sämtliche Dokumente zum Emotron Hauptprodukt und zur OSTO_100 Option gründlich durchlesen und daran halten denn dies ist Voraussetzung für eine sichere Installation Die in diesem Dokument dargelegten Beispiele und ...

Page 67: ...en kann müssen die Maschinenhersteller eine WARNUNG Die Nichteinhaltung dieser Anweisungen kann zu schweren Verletzun gen des Bedieners und oder Schäden an der Maschinerie führen Safe Torque Off garantiert lediglich einen drehmomentfreien Motor d h am Ausgang der Antriebssteuerung kann auch bei aktivem STO eine gefährliche Spannung anliegen Die STO Sicherheitsfunktion trennt NICHT die Spannung zu ...

Page 68: ...i entweder eine Entsättigung ausgelöst wird oder Sicherungen durchbrennen 2 4 Geschultes Personal Da an der gesamten Maschinerie mit Restrisiken gerechnet werden muss dürfen Arbeiten an Bedienung von Entsorgung von solchen Maschinen nur von qualifiziertem geschultem Personal vorgenommen werden das sich dieser Restrisiken bewusst ist Bei qualifiziertem Personal handelt es sich um Personen die sich ...

Page 69: ...ulichen Veränderungen an Frequenzumrichtern mit installierter Emotron OSTO_100 Option vornehmen da diese Teil einer Sicherheitslösung ist Auch sollte die Sicherheitsfunktion nicht durch eine Festverdrahtung der Sicherheitseingänge deaktiviert werden Ferner sind weder Reparaturen noch Modifikationen der Emotron OSTO_100 Optionskarte zulässig Im Falle eines vermuteten Defekts einer Optionskarte send...

Page 70: ... einem herkömmlichen 24 VDC Ausgang lassen sich Kurzschlüsse in der Verdrahtung nicht erkennen mit OSSD Technologie hingegen schon Die Methode basiert auf der Übermittlung kurzer OSSD Prüfpulse mit niedriger Ausgangsspannung Während dieser Übermittlung wird die Prüfpulslänge vom Sicherheitsgerät des Ausgangssignals über den digitalen Eingang zurück gelesen Falls während der Prüfpulssequenz 24 VDC ...

Page 71: ...Gate HINWEIS Die Empfangseinheit muss OSSD unterstützen bezogen auf die Pulslänge des Prüfpulses und seiner Periodizität Die Emotron OSTO_100 Option unterstützt OSSD Prüfpulse mit einer maximalen Länge von 1 ms und einer Frequenz von bis zu 200 Hz HINWEIS Das Statusrückmeldesignal ist nicht zur Ansteuerung eines externen Relais vorgesehen Ist dies notwendig können Sie einen Relais Ausgang mit eing...

Page 72: ...omentfrei Das bedeutet dass hängende schwebende oder gespannte Lasten wie beispielsweise Kräne oder Hebezüge zusätzliche Bremsen oder mechanische Sperren benötigen um das Restrisiko herabfallender Lasten auszuschließen Herabfallende Lasten können zu Personenschaden oder Sachbeschädigung führen Stellen Sie darüber hinaus sicher dass keine weiteren Restrisiken auftreten können während der Motor auf ...

Page 73: ...eugen Um STO zu aktivieren müssen beide STO Eingänge gleichzeitig von der 24 VDC Versorgungsspannung getrennt werden Über den unsicheren STO_STATUS_ISO Ausgang lässt sich die Verkabelung des Sicherheitskanals sowie der aktuelle Zustand des Gate Treibers diagnostizieren Werden Störungen in der Elektronik der OSTO_100 Option z B falsche Spannung auf der Leiterplatte festgestellt wird STO aktiviert s...

Page 74: ...O1 und STO2 HIGH sind und STO_STATUS_ISO LOW ist was auf deaktiviertes STO hindeutet Zum Zeitpunkt t1 geht das STO1 Signal auf LOW und nach einer zusätzlichen Zeit von tAnsprechzeit Millisekunden zum Zeitpunkt t2 wird die Stromversorgung des Gate Treibers abgeschaltet ungeachtet des Zustands von Eingang STO2 und der STO_STATUS_ISO Ausgang geht auf HIGH um einen aktiven Safe Torque Off Zustand anzu...

Page 75: ...cksichtigen bis der Motor einen vollständig gestoppten Zustand erreicht hat Zum Zeitpunkt t3 wird STO2 reaktiviert und kurz danach zum Zeitpunkt t4 wird auch STO1 reaktiviert Ab Zeitpunkt t4 an dem beide Eingangssignale HIGH sind wird der Zustand Safe Torque Off deaktiviert und der Motor kann jeden Augenblick hochfahren nachdem das unter Zurücksetzen des STO Zustands auf Seite 38 beschriebene Rück...

Page 76: ...t auf einem Entwurfsmuster der Kategorie 4 gemäß EN ISO 13849 1 Sicherheitsparameter gemäß IEC 61508 Teil 1 7 und IEC 62061 Maschinensicherheit HINWEIS Alle Berechnungen in diesem Abschnitt basieren auf einem redundanten Anwendungsfall Wird nur ein einziger Kanal genutzt sind die nachfolgenden Daten ungültig Tabelle 2 Sicherheitsparameter IEC 61508 und IEC 62061 Parameter Wert Anmerkung Sicherheit...

Page 77: ...eitsparameter EN ISO 13849 1 Parameter Wert Anmerkung Performance Level PL e Kategorie 4 MTTFd 277 Jahren Diagnosedeckungsgrad DCavg Hoch 99 SFF 99 HINWEIS Sofern keine Parameterwerte vonseiten des Komponentenherstellers vorliegen wurde die Datenbank SN 29500 zur elektronischen Zuverlässigkeitsvorhersage verwendet ...

Page 78: ...Option ist keine weitere Nutzung erlaubt Die festgelegte Gebrauchsdauer beginnt ab dem auf dem Etikett der Emotron OSTO_100 Option angegebenen Herstellungsdatum Die Gebrauchsdauer kann nicht durch Aufarbeitung oder spezielle Nachweistests zurückgesetzt werden HINWEIS Siehe Abbildung unten in der der physische Standort von X1 und X2 der Emotron OSTO_100 Karte dargestellt ist Die STO Eingangsklemme ...

Page 79: ...Emotron Frequenzumrichters da es sich dabei um die Systemspannung handelt die sowohl intern als auch extern für angeschlossene Hilfsgeräte genutzt wird Darüber hinaus ist dieser allgemeine 24 VDC Ausgang nicht isoliert und eine Kaskadierung dieses Signals an mehrere Antriebe mit möglichen Potenzialunterschieden kann zu Schäden am Ausgang führen Tabelle 4 Sicherheitskanalklemme Klemme Bezeichnung F...

Page 80: ...sorgung zum Sicherheitskanal getrennt zu betreiben Eingangsspannungsbereich 18 30 VDC Max Eingangsstrom 10 mA X2 2 0 V Ref Statussignal 0 V Referenz zur Statusrückmeldung X2 3 STO_STATUS_ISO Ausgangsrückmeldesignal siehe Wahrheit stabelle in Tabelle 1 HINWEIS Dieser Ausgang ist ein nicht sicheres Rückmeldesignal HIGH wenn STO aktiv LOW wenn STO inaktiv X2 4 0 V Ref Statussignal Zusätzlicher 0 V Re...

Page 81: ...odukts FDU VFX CDU CDX sowie in jedem angepassten Produkt auf Basis dieser Standardprodukte verwendet werden kann wurde die Emotron OSTO_100 Option anhand der höchsten Umweltspezifikationen geprüft Diese sind in Tabelle 7 unten aufgeführt Tabelle 6 Timing Informationen Systemereignis Zeit Ansprechzeit für einen der STO1 oder STO2 Eingänge die auf LOW gehen bis die IGBT Treibersignale von der Energ...

Page 82: ...rschütterung 250 m s2 ISTA 1A bis 68 kg ISTA 1D über 68 kg ISTA 1A bis 68 kg ISTA 1D über 68 kg Höhe 0 1000 m 4000 m bei reduzierter Last 0 4000 m 0 4000 m Kontamination durch Feststoffe IEC 60721 3 3 3S2 N A Nicht zutreffend N A Nicht zutreffend Kontamination durchchemische Gase IEC 60721 3 3 3C2 und 3C3 für Schwefelwasser stoff H2S Chlorwasser stoff HCl Meersalze NaCl Ammoniak NH3 2C2 1C2 Tabell...

Page 83: ...0 Hz Die Sicherheitseingangskanäle sind von den übrigen Schaltkreisen elektrisch isoliert Spannung zu den Sicherheitskanälen darf nur über ein SELV PELV Versorgungs Subsystem zugeführt werden Passive Sensoren werden gewöhnlich über ein Sicherheitsrelais schaltgerät an den STO Sicherheitseingängen angeschlossen Beachten Sie dass das Schaltgerät der benötigten Anwendungskategorie entsprechen muss Ak...

Page 84: ...eitsschaltgerät kann vor dem normalen Betrieb ein Prüfmuster an beide Sicherheitskanäle ausgeben um den vollständigen Pfad Verkabelung und STO Geräte zu prüfen und mögliche Störungen zu erkennen Die Kombinationen aus TABELLE 1 WAHRHEITSTABELLE VON STO_STATUS_ISO sind zu beachten HINWEIS Der Zustand STO_STATUS_ISO wird von OSSD Prüfpulsen NICHT beein trächtigt 2 Die Emotron OSTO_100 Option unterstü...

Page 85: ...eschlossen am Gehäuse des Frequenzumrichters PE Die maximal zulässige Kabellänge beträgt 30 m gerechnet von den STO Eingängen bis zum Betriebskontaktschalter Funktion Kabeltyp Einheit Min Max Querschnitt Litze ohne Aderendhülse mm2 0 1 2 5 Litze mit Aderendhülse Hülse ohne Kunststoffkragen mm2 0 1 2 5 Litze mit Aderendhülse Hülse mit Kunststoffkragen mm2 0 1 2 5 Zwei Litzen mit dem selben Querschn...

Page 86: ... Seite 30 zu beachten Beachten Sie außerdem die Stromzufuhrbeschränkung des genutzten SELV PELV 24 VDC Netzteils Eine Kaskadierung von bis zu maximal 32 Geräten ist zulässig je nach Spezifikation der Kapazität des Sicherheitsschaltgeräts sowie der Sicherheitsdaten des gesamten Systems 6 5 Sicherheitssensoren Der Benutzer muss sicherstellen dass die eingesetzten Sicherheitssensoren der erforderlich...

Page 87: ...tive Sensoren bestehen aus 2 Kanal Halbleiterausgängen die OSSD Technologie nutzen wie unter Sicherheitsdaten auf Seite 22 näher beschrieben OSSD ermöglicht die Überwachung sowohl der Ausgänge als auch der Kabel Aktive Sensoren können direkt an die Sicherheitseingänge der Emotron OSTO_100 Option welche OSSD unterstützten angeschlossen werden Beim Einsatz aktiver Sensoren ist es wichtig die maximal...

Page 88: ...rmerken Die STO funktionale Sicherheit muss vor der ersten Inbetriebnahme und dann nach jeder anschließenden Inbetriebnahme von Frequenzumrichter Maschine mit aktualisierter Abnahmeprüfung getestet werden Nach jeder Systemveränderung muss unbedingt geprüft werden ob das tat sächliche Anforderungsniveau noch immer dem erforderlichen Anforderungsniveau entspricht Überprüfen Sie ob die für die funkti...

Page 89: ...r Funktionsprüfung Überprüfung der Parameter Unterzeichnung des Prüfprotokolls Erstellung der Prüfprotokollanhänge Protokolle für die Anlage Externe Protokollierung 7 3 In Falle eines Fehlers Die Emotron OSTO_100 Option ist äußerst robust gestaltet Sollten Sie dennoch einen Hardware Defekt an der eigentlichen STO Funktion vermuten senden Sie das Gerät bitte vorzugsweise zusammen mit dem kompletten...

Page 90: ...aufgetreten ist und erkannt wurde versetzt die Emotron OSTO_100 Option den Motor in einen sicheren Zustand und schaltet ROTE LEDs1 ein Angezeigt über ROTE LEDs an der OSTO_100 Karte Es können keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden Nein senden Sie die OSTO_100 Option an den CGDA Service zurück Der Defekt befindet sich im Inneren der Emotron OSTO_100 Option STO aktiv trotz HIGH an sowohl STO1 als...

Page 91: ...h zusätzlich die PWM Modulation zum Gate Treiber obschon diese Funktion an sich nicht sicherheitsbezogen ist Abb 7 PPU Bereich D Tabelle 9 Diagnose LED Anzeige Diagnose LED Anzeiger Anmerkung Es leuchten zwei GRÜNE LEDs Normaler Betrieb mit beiden STO Eingängen HIGH STO deaktiviert d h der Motor kann Drehmoment erzeugen Es leuchten keine LEDs STO aktiv mit einem oder beiden STO Eingängen LOW Energ...

Page 92: ...richter per abfallender Flanke am digitalen Eingang der auf STOP Funktion eingestellt ist das Run Stop Steuerungssignal im Menü 21A muss gemäß Maschinenrichtlinie auf Edge Flanke gesetzt sein Ist die 215 Run Stp Steuerung auf Keyboard Taste gesetzt müssen Sie die RESET Taste an der Bedieneinheit drücken Ist die 215 Run Stp Steuerung auf Com gesetzt müssen Sie den laufenden RUN Befehl per Kommunika...

Page 93: ...Diagnose über die Kommunikationsschnittstelle Der Status der Emotron OSTO_100 Option lässt sich auch über verschiedene Kommunikationsschnittstellen auslesen wie zum Beispiel Profibus DeviceNet Ethernet IP Profinet IO EtherCAT CANopen usw Es müssen die folgenden Parameter Modbus Register genutzt werden die auch zugeordnet werden können um die Daten gemäß Emotron Feldbus Handbuch zu verarbeiten Läss...

Page 94: ...e übergeordnete Sicherheitssteuerung genutzt werden Falls dieserTest kein korrektes Ergebnis erbracht hat prüfen Sie bitte die Verkabelung und beseitigen Sie alle ggf festgestellten Fehler 9 2 Anforderungen an das Netzteil Die STO Eingänge sind über eine separate 24 VDC SELV Stromversorgung zu speisen die zwingend den folgenden Kriterien entsprechen muss Beschränkt auf 60 VDC unter allen Fehlerbed...

Page 95: ...hbandkabel ca 45 mm lang zum Anschluss der OSTO_100 Option an der Steuerplatine des Frequenzumrichters HINWEIS Es ist nicht erlaubt die interne 24 VDC Versorgung der Steuerplatine des Emotron Frequenzumrichters zur Versorgung des Sicherheitskanals zu nutzen Darüber hinaus kann die Kaskadierung des internen 24 VDC Ausgangs der Steuerplatine des Emotron Frequenzumrichters an verschiedene andere Knot...

Page 96: ...eln Das Flachbandkabel ist an einer Seite farbig markiert und mit einem Stift am MicroMatch Steckverbinder ausgestattet Diese Seite muss in die MicroMatch Buchse am Frequenzumrichter bzw an der Optionskarte kleines Loch in der Karte passend gesteckt werden Abb 9 Verpolung von Flachbandkabeln ACHTUNG Ein falscher Anschluss kann sowohl die Option als auch die Steuerplatine des Frequenzumrichters ext...

Page 97: ...2 Trennen Sie jeweils die zwei Flachbandkabel welche zur X6 und X7 Schnittstelle auf der Steuerplatine des Emotron Frequenzumrichters verlaufen 3 Platzieren Sie die Emotron OSTO_100 Option an die freie Stelle oberhalb der Steuerplatine des Frequenzumrichters und befestigen Sie die vier Schrauben an den Abstandhaltern HINWEIS Eine korrekte Installation ist entscheidend um die EMV Auflagen zu erfüll...

Page 98: ...losen Flachbandkabel des Power Boards Schritt 3 jeweils an der X6A und X7A Schnittstelle der Emotron OSTO_100 Optionskarte an HINWEIS Denken Sie daran die Flachbandkabel korrekt gepolt anzuschließen wie in Abschnitt Verpolung von Flachbandkabeln auf Seite 42 beschrieben ...

Page 99: ...nd 20 poligen Flachbandkabel zwischen X6 und X7 an der Seite der Steuerplatine des Frequenzumrichters mit X6B und X7B an der Emotron OSTO_100 Option HINWEIS Denken Sie daran das Flachbandkabel korrekt gepolt aufzustecken wie in Abschnitt Verpolung von Flachbandkabeln auf Seite 42 beschrieben ...

Page 100: ...on an Dieser Metallrahmen dient als physischer Schutz und dämpft gleichzeitig auch elektromagnetische Störungen und Magnetfelder HINWEIS Falls die Optionskarte kaputtgegangen ist und nun durch eine neue Karte ersetzt wird muss unbedingt eine neue Abnahmeprüfung des Systems durchgeführt werden um zu gewährleisten dass beim Austausch der Optionskarte keine Fehler passiert sind ...

Page 101: ...weiter mit Energie versorgt werden Die obigen Stopp Kategorien beschreiben lediglich unterschiedliche Stopp Methoden d h sie sind auf keinerlei Sicherheitsklassifizierungen bezogen Die oben genannten Stopps können ohne irgendeine Sicherheitsfunktion implementiert werden oder alternativ z B SIL 1 3 erfüllen je nach Anschlüssen und externen Sicherheitsvorrichtungen HINWEIS Bei den folgenden Beispiel...

Page 102: ... und löst die STO Funktion aus wenn die Motordrehzahl unter eine bestimmte Grenze sinkt Sicherer Stopp 1 mit Zeitsteuerung SS1 t Initiiert die Motorverzögerung und löst nach einer anwendungsspezifischen Zeitverzögerung die STO Funktion aus Diese Sicherheitsunterfunktion entspricht einem gesteuerten Stopp gemäß Stopp Kategorie 1 der Norm EN IEC 60204 1 Die Funktionsweise beruht darauf dass beispiel...

Page 103: ...rstromverdrahtungsbeispiel zur Aktivierung der STO Funktion über einen passiven Sensor Wird der passive Sensor aktiviert lösen die Kontakte den Frequenzumrichter aus Das STO1 STO2 Signal und das sicher abgeschaltete Moment des Frequenzumrichters werden aktiviert Safety Stop External 24Vdc 24V STO2 3 0V_STO 2 24V STO1 X1 1 0V_ISO X2 2 0V_ISO X2 4 24V input STO status X2 1 STO_STATUS_ISO X2 3 PE OST...

Page 104: ...eispiel zur Aktivierung des Notstopps über ein externes Sicherheitsrelais Wird das externe Sicherheitsrelais aktiviert lösen die Kontakte am Sicherheitsrelais den Frequenzumrichter aus Die STO1 STO2 Signale und das sicher abgeschaltete Moment des Frequenzumrichters werden aktiviert Reset External Safety Relay External 24Vdc 24V STO2 X1 3 0V_STO X1 2 24V STO1 X1 1 0V_ISO X2 2 0V_ISO X2 4 24V input ...

Page 105: ...ters aus und der Motor wird zunächst über den Frequenzumrichter gebremst Decelerate Ramp Läuft die Zeitverzögerung am externen Sicherheitsrelais ab diese Zeit muss länger sein als die Decelerate Ramp Zeit lösen die verzögerten Kontakte am Sicherheitsrelais den Frequenzumrichter aus Die STO1 STO2 Signale und das sicher abgeschaltete Moment des Frequenzumrichters werden aktiviert Reset External Safe...

Page 106: ...ktrischer elektronischer programmierbarer elektronischer Systeme IEC 61800 3 Drehzahlveränderbare elektrische Antriebssysteme Teil 3 EMV Anforderungen einschließlich spezieller Prüfverfahren EN IEC 61800 5 1 Elektrische Leistungsantriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl Teil 5 1 Anforderungen an die Sicherheit Elektrische thermische und energetische Anforderungen EN IEC 61800 5 2 Elektrische Leis...

Page 107: ...CG Drives Automation 01 7513 11r0 Anhang 53 ...

Page 108: ...tegorien lauten B 1 2 3 und 4 CCF EN ISO 13849 1 Common Cause Failure Ausfall infolge gemeinsamer Ursache in Ausfälle infolge gemeinsamer Ursachen die sich auf beide Kanäle gleichzeitig auswirken z B hohe Umgebungstemperatur oder elektro magnetische Störungen Aus diesem Grund sollten die einzelnen Kanäle unterschiedlich konstruiert sein DCavg EN ISO 13849 1 Average Diagnostic Coverage durchschnitt...

Page 109: ...der jeweiligen Sicherheits funktion wenn eine Anforderung erfolgt PFHD EN IEC 61508 Durchschnittliche Häufigkeit eines gefährli chen Ausfalls pro Stunde das heißt die mittlere Häufigkeit eines gefahrbringenden Ausfalls eines sicherheitsbezogenen Systems zur Ausführung der jeweiligen Sicherheitsfunktion über einen bestimmten Zeitraum PL EN ISO 13849 1 Performance Level Level a e entsprechend SIL Ch...

Page 110: ...STO Eingänge ausgelöst wurde Bei STO Aktivierung wird die Energiezufuhr des Gate Treibers Motors getrennt sicherer Zustand T1 EN IEC 61508 6 Prooftest Intervall T1 ist ein Parameter mit dem die wahrscheinliche Ausfallquote PFH oder PFD der Sicherheitsfunktion oder des Subsystems festgelegt wird Die Durchführung eines Prooftests im maximalen Abstand von T1 ist erforderlich um die Gültigkeit der SIL...

Page 111: ......

Page 112: ...CG Drives Automation 01 7513 11r0 2021 05 10 CG Drives Automation Sweden AB www emotron com www cgglobal com ...

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