Applikationshandbuch
TwinSAFE
Version: 1.7.0
Datum: 19.09.2016
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Vorwort
1.1
1.2
5
Hinweise zur Dokumentation
5
1.1.1
Zielgruppe
5
1.1.2
Dokumentenursprung
5
1.1.3
Aktualität
5
1.1.4
Produkteigenschaften
5
1.1.5
Disclaimer
5
1.1.6
Marken
5
1.1.7
Patente
6
1.1.8
Copyright
6
1.1.9
Lieferbedingungen
6
Sicherheitshinweise
6
1.2.1
Auslieferungszustand
6
1.2.2
Sorgfaltspflicht des Betreibers
6
1.2.3
Zweck und Anwendungsbereich
7
1.2.4
Erklärung der Sicherheitssymbole
7
1.2.5
Erklärung der Begriffe
8
1.2.6
Ausgabestände der Dokumentation
9
2 Schaltungsbeispiele
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
10
ESTOP Funktion Variante 1 (Kategorie 3, PL d)
10
2.1.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
10
2.1.2
Blockbildung und Safety-Loops
11
2.1.3
Berechnung
11
ESTOP Funktion Variante 2 (Kategorie 3, PL d)
16
2.2.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
16
2.2.2
Blockbildung und Safety-Loops
17
2.2.3
Berechnung
17
ESTOP-Funktion Variante 3 (Kategorie 4, PL e)
22
2.3.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
22
2.3.2
Blockbildung und Safety-Loops
23
2.3.3
Berechnung
23
ESTOP Funktion Variante 4 (Kategorie 4, PL e)
28
2.4.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
28
2.4.2
Blockbildung und Safety-Loops
29
2.4.3
Berechnung
29
ESTOP Funktion Variante 5 (Kategorie 4, PL e)
34
2.5.1
34
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
1
Inhaltsverzeichnis
2.6
2.7
2.8
2.9
2.5.2
Blockbildung und Safety-Loops
35
2.5.3
Berechnung
35
ESTOP Funktion Variante 6 (Kategorie 3, PL d)
40
2.6.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen (SIL 2)
40
2.6.2
Blockbildung und Safety-Loops
41
2.6.3
Berechnung
41
ESTOP Funktion Variante 7 (Kategorie 4, PL e)
46
2.7.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
46
2.7.2
Blockbildung und Safety-Loops
47
2.7.3
Berechnung
47
Schutztür Funktion Variante 1 (Kategorie 3, PL d)
52
2.8.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
52
2.8.2
Blockbildung und Safety-Loops
53
2.8.3
Berechnung
53
Schutztür Funktion Variante 2 (Kategorie 4, PL e)
58
2.9.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
58
2.9.2
Blockbildung und Safety-Loops
59
2.9.3
Berechnung
59
2.10 Schutztür Funktion mit Bereichsüberwachung (Kategorie 4, PL e)
2.10.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
65
2.10.2 Blockbildung und Safety-Loops
65
2.10.3 Berechnung
66
2.11 Schutztür Funktion mit Zuhaltung (Kategorie 4, PL e)
71
2.11.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
71
2.11.2 Blockbildung und Safety-Loops
72
2.11.3 Berechnung
72
2.12 Zweihand-Steuerung (Kategorie 4, PL e)
78
2.12.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
78
2.12.2 Blockbildung und Safety-Loops
79
2.12.3 Berechnung
79
2.13 Laserscanner (Kategorie 3, PL d)
83
2.13.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
83
2.13.2 Blockbildung und Safety-Loops
84
2.13.3 Berechnung
84
2.14 Lichtgitter (Kategorie 4, PL e)
88
2.14.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
88
2.14.2 Blockbildung und Safety-Loops
89
2.14.3 Berechnung
89
2.15 Sicherheitsschaltmatte / Safety Bumper (Kategorie 4, PL e)
2
64
93
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Inhaltsverzeichnis
2.15.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
93
2.15.2 Blockbildung und Safety-Loops
94
2.15.3 Berechnung
94
2.16 Muting (Kategorie 4, PL e)
98
2.16.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
98
2.16.2 Blockbildung und Safety-Loops
99
2.16.3 Berechnung
99
2.17 Allpolige Abschaltung einer Potentialgruppe mit nachgeschalteten
rückwirkungsfreien Standardklemmen (Kategorie 4, PL e)
104
2.17.1 Hinweise zur Verhinderung der Rückspeisung
106
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
108
2.17.2 Blockbildung und Safety-Loops
109
2.17.3 Berechnung
109
2.18 Einpolige Abschaltung einer Potentialgruppe mit nachgeschalteten
rückwirkungsfreien Standardklemmen mit Fehlerausschluss
(Kategorie 4, PL e)
114
2.18.1 Hinweise zur Verhinderung der Rückspeisung
116
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
118
2.18.2 Blockbildung und Safety-Loops
119
2.18.3 Berechnung
119
2.19 Vernetzte Anlage (Kategorie 4, PL e)
124
2.19.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
125
2.19.2 Blockbildung und Safety-Loops
125
2.19.3 Berechnung
126
2.20 Antriebsoption AX5801 mit Stopp-Funktion SS1 (Kategorie 4, PL e)
130
2.20.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
131
2.20.2 Blockbildung und Safety-Loops
131
2.20.3 Berechnung
131
2.21 Antriebsoption AX5805 mit Stopp-Funktion SS2 (Kategorie 4, PL e)
136
2.21.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
136
2.21.2 Blockbildung und Safety-Loops
137
2.21.3 Berechnung
137
2.22 Direktes Verdrahten der TwinSAFE-Ausgänge auf TwinSAFE-Eingänge (1kanalig) (Kategorie 2, PL c)
141
2.22.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
141
2.22.2 Blockbildung und Safety-Loops
142
2.22.3 Berechnung
142
2.23 Direktes Verdrahten der TwinSAFE-Ausgänge auf TwinSAFE-Eingänge (2kanalig) (Kategorie 3, PL d)
145
2.23.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
145
2.23.2 Blockbildung und Safety-Loops
145
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
3
Inhaltsverzeichnis
2.23.3 Berechnung
146
2.24 ESTOP Funktion (Kategorie 3, PL d)
148
2.24.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen (SIL 2)
149
2.24.2 Blockbildung und Safety-Loops
149
2.24.3 Berechnung
149
2.25 Überwachung Drehzahl
154
2.25.1 Struktur und Diagnose
156
2.25.2 FMEA
156
2.25.3 Parameter der sicheren Ausgangsklemme
158
2.25.4 Blockbildung und Safety-Loops
158
2.25.5 Berechnung
158
2.26 Überwachung Drehzahl (über IO-Link)
164
2.26.1 Struktur und Diagnose
166
2.26.2 FMEA
166
2.26.3 Parameter der sicheren Ausgangsklemme
168
2.26.4 Blockbildung und Safety-Loops
168
2.26.5 Berechnung
168
2.27 STO-Funktion mit EL72x1-9014 (Kat. 3, PL d)
174
2.27.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
175
2.27.2 Blockbildung und Safety-Loops
176
2.27.3 Sicherheitsfunktion 1
176
2.27.4 Berechnung
176
3 Technischer Bericht TÜV Süd
180
4 Anhang
181
4
4.1
Beckhoff Support und Service
181
4.2
Beckhoff Firmenzentrale
181
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Vorwort
1 Vorwort
1.1 Hinweise zur Dokumentation
1.1.1 Zielgruppe
Zur Installation und Inbetriebnahme der Komponenten ist die Beachtung der nachfolgenden Hinweise und
Erklärungen unbedingt notwendig.
Diese Beschreibung wendet sich ausschließlich an ausgebildetes Fachpersonal der Steuerungs- und
Automatisierungstechnik, das mit den geltenden nationalen Normen vertraut ist. Das Fachpersonal hat
sicherzustellen, dass die Anwendung bzw. der Einsatz der beschriebenen Produkte alle
Sicherheitsanforderungen, einschließlich sämtlicher anwendbaren Gesetze, Vorschriften, Bestimmungen
und Normen erfüllt.
1.1.2 Dokumentenursprung
Diese Dokumentation ist in deutscher Sprache verfasst. Alle weiteren Sprachen werden von dem
deutschen Original abgeleitet.
1.1.3 Aktualität
Bitte prüfen Sie, ob Sie die aktuelle und gültige Version des vorliegenden Dokumentes verwenden. Auf
der Beckhoff Homepage unter dem Link http://www.beckhoff.de/german/download/twinsafe.htm finden
Sie die jeweils aktuelle Version zum Download. Im Zweifelsfall wenden Sie sich bitte an den technischen
Support (siehe Kapitel 4.1 Beckhoff Support und Service).
1.1.4 Produkteigenschaften
Gültig sind immer nur die Produkteigenschaften, die in der jeweils aktuellen Anwenderdokumentation
angegeben sind. Weitere Informationen, die auf den Produktseiten der Beckhoff Homepage, in E-Mails
oder sonstigen Publikationen angegeben werden, sind nicht maßgeblich.
1.1.5 Disclaimer
Diese Dokumentation wurde sorgfältig erstellt. Die beschriebenen Produkte werden jedoch ständig weiter
entwickelt. Deshalb ist die Dokumentation nicht in jedem Fall vollständig auf die Übereinstimmung mit
den beschriebenen Leistungsdaten, Normen oder sonstigen Merkmalen geprüft.
Falls sie technische oder redaktionelle Fehler enthält, behalten wir uns das Recht vor, Änderungen
jederzeit und ohne Ankündigung vorzunehmen.
Aus den Angaben, Abbildungen und Beschreibungen in dieser Dokumentation können keine Ansprüche
auf Änderung bereits gelieferter Produkte geltend gemacht werden.
1.1.6 Marken
Beckhoff®, TwinCAT®, EtherCAT®, Safety over EtherCAT®, TwinSAFE® und XFC® sind eingetragene und
lizenzierte Marken der Beckhoff Automation GmbH.
Die Verwendung anderer in dieser Dokumentation enthaltenen Marken oder Kennzeichen durch Dritte
kann zu einer Verletzung von Rechten der Inhaber der entsprechenden Bezeichnungen führen.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
5
Vorwort
1.1.7 Patente
Die EtherCAT-Technologie ist patentrechtlich geschützt, insbesondere durch folgende Anmeldungen und
Patente: EP1590927, EP1789857, DE102004044764, DE102007017835
mit den entsprechenden Anmeldungen und Eintragungen in verschiedenen anderen Ländern.
Die TwinCAT-Technologie ist patentrechtlich geschützt, insbesondere durch folgende Anmeldungen und
Patente: EP0851348, US6167425 mit den entsprechenden Anmeldungen und Eintragungen in
verschiedenen anderen Ländern.
EtherCAT® ist eine eingetragene Marke und patentierte Technologie lizensiert durch die Beckhoff
Automation GmbH, Deutschland
1.1.8 Copyright
©
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG.
Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts sind
verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle
Rechte für den Fall der Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmustereintragung vorbehalten.
1.1.9 Lieferbedingungen
Es gelten darüber hinaus die allgemeinen Lieferbedingungen der Fa. Beckhoff Automation GmbH & Co.
KG.
1.2 Sicherheitshinweise
1.2.1
Auslieferungszustand
Die gesamten Komponenten werden je nach Anwendungsbestimmungen in bestimmten Hard- und
Software-Konfigurationen ausgeliefert. Änderungen der Hard-, oder Software-Konfiguration, die über die
dokumentierten Möglichkeiten hinausgehen sind unzulässig und bewirken den Haftungsausschluss der
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG.
1.2.2
Sorgfaltspflicht des Betreibers
Der Betreiber muss sicherstellen, dass
 die TwinSAFE-Produkte nur bestimmungsgemäß verwendet werden.
 die TwinSAFE-Produkte nur in einwandfreiem, funktionstüchtigem Zustand betrieben werden.
 nur ausreichend qualifiziertes und autorisiertes Personal die TwinSAFE-Produkte betreibt.
 dieses Personal regelmäßig in allen zutreffenden Fragen von Arbeitssicherheit und Umweltschutz
unterwiesen wird, sowie die Betriebsanleitung und insbesondere die darin enthaltenen
Sicherheitshinweise kennt.
 die Betriebsanleitung stets in einem leserlichen Zustand und vollständig am Einsatzort der
TwinSAFE-Produkte zur Verfügung steht.
 alle an den TwinSAFE-Produkten angebrachten Sicherheits- und Warnhinweise nicht entfernt
werden und leserlich bleiben.
6
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Vorwort
1.2.3
Zweck und Anwendungsbereich
Das Applikationshandbuch gibt dem Anwender Beispiele für die Berechnung von sicherheitstechnischen
Kenngrößen für Sicherheitsfunktionen entsprechend der Normen DIN EN ISO 13849-1 und EN 62061
bzw. EN 61508:2010 (soweit anwendbar), wie sie typischerweise an Maschinen Verwendung finden.
In den Beispielen wird für einen sicheren Eingang exemplarisch eine EL1904 bzw. für einen sicheren
Ausgang eine EL2904 dargestellt. Dies ist nur als Beispiel zu sehen, es können natürlich auch andere
sichere Eingänge oder Ausgänge verwendet werden, wie z.B. eine EP1908 oder eine EL2902. Dafür
müssen dann in der Berechnung die passenden Kenngrößen, die der jeweiligen Produktdokumentation
entnommen werden können, verwendet werden.
Applikationsbeispiele
Achtung
1.2.4
Diese Beispiele geben dem Anwender exemplarische Berechnungen vor. Sie
entbinden Ihn nicht von der Pflicht eine Risiko- und Gefährdungsanalyse
durchzuführen und die für die Anwendung zu berücksichtigenden Richtlinien, Normen
und Gesetze anzuwenden.
Erklärung der Sicherheitssymbole
In der vorliegenden Betriebsanleitung werden die folgenden Sicherheitssymbole verwendet. Diese
Symbole sollen den Leser vor allem auf den Text des nebenstehenden Sicherheitshinweises aufmerksam
machen.
Akute Verletzungsgefahr!
GEFAHR
Wenn der Sicherheitshinweis neben diesem Symbol nicht beachtet wird, besteht
unmittelbare Gefahr für Leben und Gesundheit von Personen.
Vorsicht Verletzungsgefahr!
WARNUNG
Wenn der Sicherheitshinweis neben diesem Symbol nicht beachtet wird, besteht
Gefahr für Leben und Gesundheit von Personen.
Schädigung von Personen!
VORSICHT
Wenn der Sicherheitshinweis neben diesem Symbol nicht beachtet wird, können
Personen geschädigt werden.
Schädigung von Umwelt oder Geräten
Achtung
Wenn der Hinweis neben diesem Symbol nicht beachtet wird, können Umwelt oder
Geräte geschädigt werden.
Tipp oder Fingerzeig
Hinweis
Dieses Symbol kennzeichnet Informationen, die zum besseren Verständnis beitragen.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
7
Vorwort
1.2.5
Erklärung der Begriffe
Bezeichnung
Erklärung
B10d
Mittlere Anzahl der Zyklen nach der 10% der Bauteile gefährlich ausgefallen sind
CCF
Ausfälle gemeinsamer Ursache
dop
Mittlere Betriebszeit in Tagen pro Jahr
DCavg
Mittlerer Diagnosedeckungsgrad
hop
Mittlere Betriebszeit in Stunden pro Tag
MTTFd
Mittlere Zeit bis zum gefährlichen Ausfall
nop
Mittlere Anzahl jährlicher Betätigungen
PFH
Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde
PL
Performance Level
PLr
Erforderlicher Performance Level
TZyklus
Mittlere Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgende Zyklen des Systems (in den
folgenden Beispielen in Minuten angegeben, kann aber auch in Sekunden
angegeben werden)
8
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Vorwort
1.2.6 Ausgabestände der Dokumentation
Version
1.7.0
Kommentar
 Kapitel „Direktes Verdrahten der TwinSAFE Ausgänge auf TwinSAFE Eingänge
(1-kanalig)“ überarbeitet
 Vorwort aktualisiert
 Kapitel Zweck und Anwendungsbereich erweitert
 Strukturbild Kapitel 2.25 und 2.26 aktualisiert
 Kapitel 2.27 hinzugefügt
 Kapitel 2.2.3.2, 2.3.3.2, 2.4.3.2, 2.5.3.2, 2.7.3.2 und 2.19.3.2. konkretisiert
(Hinweise zu direktem/indirektem Zurücklesen entfernt)
 Hinweistexte in Kapitel 2.19 hinzugefügt
1.6.2



Konformitätsbestätigung aktualisiert
Grafiken in Kapitel 2.25 und 2.26 aktualisiert
Zweck und Anwendungsbereich hinzugefügt
1.6.1

Kapitel 2.25 und 2.26 hinzugefügt
1.6.0

Kapitel 2.17 und 2.18 überarbeitet
1.5.0

Firmenanschrift geändert
1.4.0




Kapitel 2.24 hinzugefügt
Ausgabestände der Dokumentation hinzugefügt
Dokumentenursprung hinzugefügt
Formatierung geändert
1.3.1


Überschriften mit Kategorien und Performance Level erweitert
Hinweistext Kapitel 2.6 verschoben
1.3.0

Lieferbedingungen entfernt
1.2.0

Korrektur an Kapitel 2.6
1.1.0

erste freigegebene Version
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
9
Schaltungsbeispiele
2 Schaltungsbeispiele
2.1 ESTOP Funktion Variante 1 (Kategorie 3, PL d)
Der Not-Halt-Taster ist mit zwei Öffnerkontakten auf eine sichere Eingangsklemme EL1904 verbunden.
Die Testung und die Überwachung der Diskrepanz der beiden Signale sind eingeschaltet. Der Restart
und das Rückführsignal sind auf Standard-Klemmen verdrahtet und werden über die Standard-SPS an
TwinSAFE übergeben. An dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
K1
K2
Not-Halt Taster
S1
Restart
S2
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
2.1.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
10
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.1.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.1.2.1
Block 1
K1
S1
EL1904
EL6900
EL2904
K2
2.1.3
Berechnung
2.1.3.1
PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
100.000
S2 – B10d
10.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche) (7 Tage, 24 Stunden)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.1.3.2
Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Woche)
DCavg=60%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Schicht)
DCavg=90%
2.1.3.3
Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
11
Schaltungsbeispiele
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
= 21,90
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗21,90 = 45662,1y = 399999120h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 593607,3y = 5199997320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass S1, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
1 − 0,99
= 2,50E − 11
45662,1 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Woche
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,60
= 7,69E − 11
593607,3 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Schicht
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 1,92E − 11
593607,3 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100 000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser β–
Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
12
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
PFHges= PFH(S1) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+
PFH(K2))/2 + (PFH(K1)* PFH(K2))*T1
Da der Anteil (PFH(K1)* PFH(K2))*T1 um Zehnerpotenzen kleiner ist, als der Rest, wird er als
Vereinfachung in dieser und allen weiteren Berechnungen nicht berücksichtigt.
zu:
PFHges= 2,50E-11 + 1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10% * (7,96E-11+7,96E-11)/2 = 3,42E09
bei Betätigung 1/Woche
oder
PFHges= 2,50E-11+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10% * (1,92E-11+1,92E-11)/2= 3,42E-09
bei Betätigung 1/Schicht
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 1h ∗ 8760 hy
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 1h ∗ 8760 hy
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
13
Schaltungsbeispiele
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
MTTFd ges=
DCavg=
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
0,01
=
=
= 913,2y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
45662,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 593607,3𝑦
99%
99%
99%
99%
60%
60%
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
= 333,98𝑦
= 98,96%
bzw.:
99%
99%
99%
99%
90%
90%
+
+
+
+
1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
DCavg= 45662,1
1
+
= 98,99%
Maßnahmen zum Erreichen der Kategorie 3!
VORSICHT
Diese Struktur ist bis maximal Kategorie 3 möglich, da ein Fehler im Rücklesepfad der
Relais unentdeckt sein kann. Um die Kategorie 3 zu erreichen, muss in der StandardSteuerung zur Erwartungshaltung des Rücklesens alle steigenden und fallenden
Flanken zusammen mit der Zeitabhängigkeit ausgewertet werden!
Wiederanlaufsperre in der Maschine implementieren!
VORSICHT
14
Die Wiederanlaufsperre ist NICHT Teil der Sicherheitskette und muss in der Maschine
implementiert werden!
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
15
Schaltungsbeispiele
2.2 ESTOP Funktion Variante 2 (Kategorie 3, PL d)
Der Not-Halt-Taster ist mit zwei Öffnerkontakten auf eine sichere Eingangsklemme EL1904 verbunden.
Die Testung der beiden Signale ist eingeschaltet. Eine Überprüfung auf Diskrepanz der Signale wird
nicht durchgeführt. Der Restart und das Rückführsignal sind auf Standard-Klemmen verdrahtet und
werden über die Standard-SPS an TwinSAFE übergeben. An dem sicheren Ausgang werden die Schütze
K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung sind die Strommessung und die Testung des
Ausgangs aktiv.
K1
K2
Not-Halt Taster
S1
Restart
S2
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
2.2.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
16
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.2.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.2.2.1
Block 1
K1
S1
EL1904
EL6900
EL2904
K2
2.2.3
Berechnung
2.2.3.1
PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
100.000
S2 – B10d
10.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.2.3.2
Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Testung/ ohne Plausibilität
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Woche)
DCavg=60%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Schicht)
DCavg=90%
2.2.3.3
Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
17
Schaltungsbeispiele
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
= 21,90
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗21,90 = 45662,1y = 399999120h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 593607,3y = 5199997320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass S1, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 2,50E − 10
45662,1 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Woche
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,60
= 7,69E − 11
593607,3 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Schicht
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 1,92E − 11
593607,3 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100 000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
18
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser βFaktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(S1) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+ PFH(K2))/2
zu:
PFHges= 2,50E-10 + 1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (7,96E-11+7,96E-11)/2 = 3,65E09
bei Betätigung 1/Woche und indirektes zurücklesen
oder
PFHges= 2,50E-10+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,92E-11+1,92E-11)/2 = 3,65E-09
bei Betätigung 1/Schicht und direktes zurücklesen
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
19
Schaltungsbeispiele
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
MTTFd ges=
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
45662,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 593607,3𝑦
90%
99%
99%
99%
60%
60%
+
+
+
+
1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
DCavg= 45662,1
1
+
= 333,98𝑦
= 98,89%
bzw.:
90%
99%
99%
99%
90%
90%
+
+
+
+
1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
DCavg= 45662,1
1
+
= 98,92%
Maßnahmen zum Erreichen der Kategorie 3!
VORSICHT
Diese Struktur ist durch einen möglichen schlafenden Fehler nur bis maximal Kategorie
3 möglich. Um die Kategorie 3 zu erreichen, muss in der Standard-Steuerung zur
Erwartungshaltung des Rücklesens alle steigenden und fallenden Flanken zusammen
mit der Zeitabhängigkeit ausgewertet werden!
Wiederanlaufsperre in der Maschine implementieren!
VORSICHT
20
Die Wiederanlaufsperre ist NICHT Teil der Sicherheitskette und muss in der Maschine
implementiert werden!
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
21
Schaltungsbeispiele
2.3 ESTOP-Funktion Variante 3 (Kategorie 4, PL e)
Der Not-Halt-Taster ist mit zwei Öffnerkontakten auf eine sichere Eingangsklemme EL1904 verbunden.
Die Testung der beiden Signale ist eingeschaltet. Diese Signale werden auf Diskrepanz überprüft. Der
Restart und das Rückführsignal sind auf Standard-Klemmen verdrahtet und werden über die StandardSPS an TwinSAFE übergeben. Weiterhin werden der Ausgang des Funktionsbausteins ESTOP und das
Rückführsignal auf einen EDM-Baustein verdrahtet. Dieser prüft, dass das Rückführsignal innerhalb der
eingestellten Zeiten den gegengesetzten Zustand des ESTOP-Ausgangs einnimmt.
An dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung
sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
K1
K2
Not-Halt Taster
S1
Restart
S2
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
2.3.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
22
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
2.3.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.3.2.1
Block 1
K1
S1
EL1904
EL6900
EL2904
K2
2.3.3
Berechnung
2.3.3.1
PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
100.000
S2 – B10d
10.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.3.3.2
Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Woche)
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Schicht)
DCavg=99%
2.3.3.3
Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
23
Schaltungsbeispiele
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
= 21,90
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗21,90 = 45662,1y = 399999120h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 593607,3y = 5199997320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass S1, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 2,50E − 11
45662,1 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Woche
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 1,92E − 11
593607,3 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Schicht
𝑃𝐹𝐻 =
24
1 − 0,99
= 1,92E − 12
593607,3 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100 000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser β–
Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(S1) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+ PFH(K2))/2
zu:
PFHges= 2,50E-11+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,92E-11+1,92E-11)/2 = 3,42E-09
bei Betätigung 1/Woche und indirektes zurücklesen
oder
PFHges= 2,50E-11+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,92E-11+1,92E-11)/2 = 3,42E-09
bei Betätigung 1/Schicht und direktes zurücklesen
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
25
Schaltungsbeispiele
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
MTTFd ges=
DCavg=
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
45662,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 593607,3𝑦
= 333,98𝑦
99%
99%
99%
99%
90%
90%
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
= 98,99%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
= 99,00%
bzw.:
DCavg=
Maßnahmen zum Erreichen der Kategorie 4!
VORSICHT
Diese Struktur ist bis maximal Kategorie 4 möglich. Um die Kategorie 4 zu erreichen,
muss in der Steuerung zur Erwartungshaltung des Rücklesens alle steigenden und
fallenden Flanken zusammen mit der Zeitabhängigkeit ausgewertet werden!
Wiederanlaufsperre in der Maschine implementieren!
VORSICHT
26
Die Wiederanlaufsperre ist NICHT Teil der Sicherheitskette und muss in der Maschine
implementiert werden!
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
27
Schaltungsbeispiele
2.4 ESTOP Funktion Variante 4 (Kategorie 4, PL e)
Der Not-Halt-Taster mit zwei Öffnerkontakten, der Restart und der Rückführkreis sind auf sichere Kanäle
einer Eingangsklemme EL1904 verbunden. Die Testung der Signale ist eingeschaltet. Eine Überprüfung
auf Diskrepanz der beiden Not-Halt-Signale wird durchgeführt. An dem sicheren Ausgang werden die
Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung sind die Strommessung und die
Testung des Ausgangs aktiv.
Restart
S2
K1
K2
Not-Halt Taster
S1
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
2.4.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
28
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.4.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.4.2.1
Block 1
K1
S1
EL1904
EL6900
EL2904
S2
EL1904
K2
2.4.3
Berechnung
2.4.3.1
PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
100.000
S2 – B10d
10.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.4.3.2
Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
S2 mit Plausibilität
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Woche)
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Schicht)
DCavg=99%
2.4.3.3
Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
29
Schaltungsbeispiele
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
= 21,90
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗21,90 = 45662,1y = 399999120h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
10000000
0,1∗21,90
= 4566210,0y = 4E10h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 593607,3y = 5199997320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass S1, S2, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 2,50E − 11
45662,1 ∗ 8760
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 2,50E − 12
4566210,0 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Schicht und direktes zurücklesen
𝑃𝐹𝐻 =
30
1 − 0,99
= 1,92E − 12
593607,3 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100 000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser β–
Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(S1) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+
PFH(K2))/2 + PFH(S2) + PFH(EL1904)
zu:
PFHges= 2,50E-11+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,92E-11+1,92E-11)/2 +
2,50E-12 + 1,11E-09 = 4,53E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
1
1
+
+
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆2) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
31
Schaltungsbeispiele
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
MTTFd ges=
DCavgs=
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
45662,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 593607,3𝑦 4566210,0𝑦 1028,8𝑦
= 252,1𝑦
99%
99%
99%
99%
90%
90%
90%
99%
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
= 98,99%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
90%
99%
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
= 99,0%
bzw.:
DCavgs=
Kategorie
Hinweis
32
Diese Struktur ist bis maximal Kategorie 4 möglich.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
33
Schaltungsbeispiele
2.5 ESTOP Funktion Variante 5 (Kategorie 4, PL e)
Der Not-Halt-Taster mit zwei Öffnerkontakten, der Restart und der Rückführkreis sind auf sichere Kanäle
einer Eingangsklemme EL1904 verbunden. Die Testung der Signale ist eingeschaltet. Eine Überprüfung
auf Diskrepanz der beiden Not-Halt-Signale wird durchgeführt. Die Schütze K1 und K2 sind auf
unterschiedliche Ausgangskanäle verdrahtet. Die Anschlüsse A2 der beiden Schütze sind zusammen auf
Masse geführt. Für diese Beschaltung ist die Strommessung der Ausgangskanäle abgeschaltet. Die
Testung der Ausgänge ist aktiv.
Restart
S2
K1
K2
Not-Halt Taster
S1
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
2.5.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Nein
Ja
34
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.5.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.5.2.1
Block 1
K1
S1
EL1904
EL6900
EL2904
S2
EL1904
K2
2.5.3
Berechnung
2.5.3.1
PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
100.000
S2 – B10d
10.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.5.3.2
Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
S2 mit Plausibilität
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Woche)
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Schicht)
DCavg=99%
2.5.3.3
Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
35
Schaltungsbeispiele
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
= 21,90
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗21,90 = 45662,1y = 399999120h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
10000000
0,1∗21,90
= 4566210,0y = 4E10h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 593607,3y = 5199997320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass S1, S2, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 2,50E − 11
45662,1 ∗ 8760
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 2,50E − 12
4566210,0 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Schicht und direktes zurücklesen
𝑃𝐹𝐻 =
36
1 − 0,99
= 1,92E − 12
593607,3 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100 000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser β–
Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(S1) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+
PFH(K2))/2 + PFH(S2) + PFH(EL1904)
zu:
PFHges= 2,50E-11+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,92E-11+1,92E-11)/2 +
2,50E-12 + 1,11E-09 = 4,53E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
1
1
+
+
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆2) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
37
Schaltungsbeispiele
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
MTTFd ges=
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
45662,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 593607,3𝑦 4566210,0𝑦 1028,8𝑦
99%
= 252,1𝑦
99%
99%
99%
90%
90%
90%
99%
+
+
+
+
+
+
1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
= 98,99%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
90%
99%
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
= 99,0%
+
DCavgs= 45662,1
1
bzw.:
DCavgs=
Kategorie
Hinweis
38
Diese Struktur ist bis maximal Kategorie 4 möglich.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
39
Schaltungsbeispiele
2.6 ESTOP Funktion Variante 6 (Kategorie 3, PL d)
Der Not-Halt-Taster mit zwei Öffnerkontakten, der Restart und der Rückführkreis sind auf sichere Kanäle
einer Eingangsklemme EL1904 verbunden. Die Testung der Signale ist eingeschaltet. Eine Überprüfung
auf Diskrepanz der beiden Not-Halt-Signale wird durchgeführt. Die Schütze K1 und K2 sind auf
unterschiedliche Ausgangskanäle verdrahtet. Die Anschlüsse A2 der beiden Schütze sind zusammen auf
Masse geführt. Für diese Beschaltung ist die Strommessung der Ausgangskanäle abgeschaltet. Die
Testung der Ausgänge ist nicht aktiv.
Restart
S2
K1
K2
Not-Halt Taster
S1
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
Kategorie
Hinweis
2.6.1
Diese Struktur ist durch einen möglichen schlafenden Fehler nur bis maximal Kategorie
3 möglich.
Da bei dieser Anwendung die Klemme EL2904 nur SIL2 hat, hat die gesamte Kette nur
SIL2!
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen (SIL 2)
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
40
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Nein
Nein
2.6.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.6.2.1
Block 1
K1
S1
EL1904
EL6900
EL2904
S2
EL1904
K2
2.6.3
Berechnung
2.6.3.1
PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
100.000
S2 – B10d
10.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.6.3.2
Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
S2 mit Plausibilität
DCavg=90%
K1/K2 ohne Testung und mit EDM über einen
sicheren Eingang
DCavg=90%
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
41
Schaltungsbeispiele
2.6.3.3
Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
= 21,90
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗21,90 = 45662,1y = 399999120h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
10000000
0,1∗21,90
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
= 4566210,0y = 4E10h
= 21,90
1300000
= 593607,3y = 5199997320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass S1, S2, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
1 − 0,99
= 2,50E − 11
45662,1 ∗ 8760
1 − 0,90
= 2,50E − 12
4566210,0 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Schicht und direktes zurücklesen
𝑃𝐹𝐻 =
42
1 − 0,99
= 1,92E − 12
593607,3 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100 000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser β–
Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(S1) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+
PFH(K2))/2 + PFH(S2) + PFH(EL1904)
zu:
PFHges= 2,50E-11+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,92E-11+1,92E-11)/2 +
2,50E-12 + 1,11E-09 = 4,53E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
1
1
+
+
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆2) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
43
Schaltungsbeispiele
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
MTTFd ges=
DCavgs=
44
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
45662,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 593607,3𝑦 4566210,0𝑦 1028,8𝑦
99%
99%
99%
99%
90%
90%
90%
99%
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
= 252,1𝑦
= 98,99%
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
45
Schaltungsbeispiele
2.7 ESTOP Funktion Variante 7 (Kategorie 4, PL e)
Der Not-Halt-Taster mit zwei Öffnerkontakten, der Restart und der Rückführkreis sind auf sichere Kanäle
einer Eingangsklemme EL1904 verbunden. Die Testung des Not-Halt-Tasters ist auf beiden Kanälen
ausgeschaltet. Der Restart-Taster und der Rückführkreis haben den Sensortest eingeschaltet. Eine
Überprüfung auf Diskrepanz der beiden Not-Halt-Signale wird durchgeführt. An dem sicheren Ausgang
werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung sind die Strommessung
und die Testung des Ausgangs aktiv.
Restart
S2
K1
K2
Not-Halt Taster
S1
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
2.7.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
1. EL1904
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
nicht verwendet
Nein
Nein
Single Logic
Single Logic
2. EL1904
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
nicht verwendet
nicht verwendet
Ja
nicht verwendet
Single Logic
Single Logic
46
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
2.7.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.7.2.1
Block 1
K1
S1
EL1904
EL6900
EL2904
S2
EL1904
K2
2.7.3
Berechnung
2.7.3.1
PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
100.000
S2 – B10d
10.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.7.3.2
Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Plausibilität
DCavg=90%
S2 mit Testung
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Woche)
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Schicht)
DCavg=99%
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
47
Schaltungsbeispiele
2.7.3.3
Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
= 21,90
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗21,90 = 45662,1y = 399999120h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
10000000
0,1∗21,90
= 4566210,0y = 4E10h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 593607,3y = 5199997320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass S1, S2, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 2,50E − 10
45662,1 ∗ 8760
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 2,50E − 12
4566210,0 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Schicht und direktes zurücklesen
𝑃𝐹𝐻 =
48
1 − 0,99
= 1,92E − 12
593607,3 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100 000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(S1) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+
PFH(K2))/2 + PFH(S2) + PFH(EL1904)
zu:
PFHges= 2,50E-10+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,92E-11+1,92E-11)/2 +
2,50E-12 + 1,11E-09 = 4,75E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
1
1
+
+
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆2) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
49
Schaltungsbeispiele
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
MTTFd ges=
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
45662,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 593607,3𝑦 4566210,0𝑦 1028,8𝑦
90%
= 252,1𝑦
99%
99%
99%
90%
90%
90%
99%
+
+
+
+
+
+
1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
= 98,94%
90%
99%
99%
99%
99%
99%
90%
99%
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3 4566210,0 1028,8
= 98,95%
+
DCavgs= 45662,1
1
bzw.:
DCavgs=
Kategorie
Hinweis
50
Diese Struktur ist bis maximal Kategorie 4 möglich.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
51
Schaltungsbeispiele
2.8 Schutztür Funktion Variante 1
(Kategorie 3, PL d)
Die Schutztür verwendet eine Kombination von Öffner und Schließer auf sicheren Eingängen einer
EL1904. Die Testung der Eingänge ist aktiv und die Signale werden auf Diskrepanz (200 ms) überprüft.
Der Rückführkreis wird über einen Standard-Eingang eingelesen und über die Standard-SPS an
TwinSAFE übergeben. An dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
AUF
K1
K2
S1
S2
Zu
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
2.8.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
52
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.8.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.8.2.1
Block 1
S1
K1
EL1904
EL6900
EL2904
S2
K2
2.8.3
Berechnung
2.8.3.1
PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
1.000.000
S2 – B10d
2.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
15 (4x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.8.3.2
Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1/S2 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=90%
2.8.3.3
Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
53
Schaltungsbeispiele
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
1000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 679,3y = 5951087h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
2000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 1358,7y = 11902174h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 14720
1300000
= 883,2y = 7736413h
0,1 ∗ 14720
und der Annahme, dass S1, S2, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,68E − 9
679,3 ∗ 8760
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 8,4E − 10
1358,7 ∗ 8760
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 1,29E − 8
883,2 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Türschalter S1/S2 werden immer gegenläufig betätigt. Da die Schalter verschiedene Werte haben,
der vollständige Schutztürschalter aber aus einer Kombination von Öffner und Schließer besteht und
beide Schalter funktionieren müssen, kann man den schlechteren der beiden Werte (S1) für die
Kombination heranziehen!
54
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= β* (PFH(S1)+ PFH(S2))/2 + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) +
β* (PFH(K1)+ PFH(K2))/2
zu:
PFHges= 10%* (1,68E-09+1,68E-09)/2 +1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%*
(1,29E-08+1,29E-08)/2 = 4,85E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
55
Schaltungsbeispiele
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
MTTFd ges=
99%
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
679,3𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 883,2𝑦
= 179,4𝑦
99%
99%
99%
99% 90% 90%
+
+
+
+
+
1358,7 1028,8 1108,6 913,2 883,2 883,2
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
679,3 1358,7 1028,8 1108,6 913,2 883,2 883,2
+
DCavg= 679,3
1
= 96,26%
Maßnahmen zum Erreichen der Kategorie 3!
VORSICHT
56
Diese Struktur ist durch einen möglichen schlafenden Fehler nur bis maximal Kategorie
3 möglich. Um die Kategorie 3 zu erreichen, muss in der Standard-Steuerung zur
Erwartungshaltung des Rücklesens alle steigenden und fallenden Flanken zusammen
mit der Zeitabhängigkeit ausgewertet werden!
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
57
Schaltungsbeispiele
2.9 Schutztür Funktion Variante 2
(Kategorie 4, PL e)
Die Schutztür verwendet eine Kombination von Öffner und Schließer auf sicheren Eingängen einer
EL1904. Die Testung der Eingänge ist aktiv und die Signale werden auf Diskrepanz (200 ms) überprüft.
Der Rückführkreis wird über einen sicheren Eingang eingelesen. An dem sicheren Ausgang werden die
Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung sind die Strommessung und die
Testung des Ausgangs aktiv.
AUF
K1
K2
S1
S2
Zu
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
2.9.1
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
58
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.9.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.9.2.1
Block 1
S1
K1
EL1904
EL6900
EL2904
EL1904
S2
K2
2.9.3
Berechnung
2.9.3.1
PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
1.000.000
S2 – B10d
2.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
15 (4x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.9.3.2
Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1/S2 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
2.9.3.3
Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
59
Schaltungsbeispiele
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
1000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 679,3y = 5951087h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
2000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 1358,7y = 11902174h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 14720
1300000
= 883,2y = 7736413h
0,1 ∗ 14720
und der Annahme, dass S1, S2, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,68E − 9
679,3 ∗ 8760
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 8,4E − 10
1358,7 ∗ 8760
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
60
1 − 0,99
= 1,29E − 09
883,2 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Türschalter S1/S2 werden immer gegenläufig betätigt. Da die Schalter verschiedene Werte haben,
der vollständige Schutztürschalter aber aus einer Kombination von Öffner und Schließer besteht und
beide Schalter funktionieren müssen, kann man den schlechteren der beiden Werte (S1) für die
Kombination heranziehen!
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= β* (PFH(S1)+ PFH(S2))/2 + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) +
β* (PFH(K1)+ PFH(K2))/2 + PFH(EL1904)
zu:
PFHges= 10%* (1,68E-09+1,68E-09)/2 +1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%*
(1,29E-09+1,29E-09)/2 +1,11E-09 = 4,80E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
1
+
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
61
Schaltungsbeispiele
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 1h ∗ 8760 hy
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
MTTFd ges=
DCavg=
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
679,3𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 883,2𝑦 1028,8𝑦
99%
99%
99%
99%
99% 99% 99%
99%
+
+
+
+
+
+
+
679,3 1358,7 1028,8 1108,6 913,2 883,2 883,2 1028,8
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
679,3 1358,7 1028,8 1108,6 913,2 883,2 883,2 1028,8
= 152,7𝑦
= 99,0%
Kategorie
Hinweis
62
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 4 möglich.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
63
Schaltungsbeispiele
2.10 Schutztür Funktion mit Bereichsüberwachung
(Kategorie 4, PL e)
Die Schutztür verwendet eine Kombination von Öffner und Schließer auf sicheren Eingängen einer
EL1904. Die Testung der Eingänge ist aktiv und die Signale werden auf Diskrepanz (200 ms) überprüft.
Der Rückführkreis wird über einen sicheren Eingang eingelesen. Die Näherungssensoren S3 und S4 sind
auf sichere Eingänge verdrahtet und stellen fest, dass ein z.B. gefahrbringender Maschinenteil in einer
sicheren Position ist, damit die Schutztür bei laufender Maschine geöffnet werden darf. Die Testung
dieser Eingänge ist dafür abgeschaltet, damit mit der statischen 24 V Spannung der Sensoren gearbeitet
werden kann.
An dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung
sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
AUF
K1
S1
K2
S2
Zu
+24V
+24V
S3
Logische Verbindung
in der EL6900
S4
K1
K2
Näherungssensor S3
Näherungssensor S4
Betätiger
Beweglicher
Maschinenteil
Sichere Position
Nicht-sichere Position
Schutztür S1, S2
64
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.10.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (obere EL1904 on der Zeichnung)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL1904 (untere EL1904 on der Zeichnung)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Nein
Nein
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904 (für alle verwendeten EL2904 gültig)
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
2.10.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.10.2.1 Block 1
S1
K1
EL1904
EL6900
S2
EL2904
K2
S3
EL1904
S4
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
65
Schaltungsbeispiele
2.10.3 Berechnung
2.10.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
1.000.000
S2 – B10d
2.000.000
S3 – B10d
20.000.000
S4 – B10d
20.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
15 (4x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.10.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1/S2 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
S3/S4 mit ohne Testung/mit Plausibilität
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
2.10.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
1000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 679,3y = 5951087h
66
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
2000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 1358,7y = 11902174h
S3:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
20000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 13586,9y = 119021739h
S4:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
20000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 13586,9y = 119021739h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 883,2y = 7736413h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass S1, S2, S3, S4, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,68E − 9
679,3 ∗ 8760
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 8,4E − 10
1358,7 ∗ 8760
S3/S4:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 8,4E − 10
13586,9 ∗ 8760
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,29E − 9
883,2 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
67
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Türschalter S1/S2 werden immer gegenläufig betätigt. Da die Schalter verschiedene Werte haben,
der vollständige Schutztürschalter aber aus einer Kombination von Öffner und Schließer besteht und
beide Schalter funktionieren müssen, kann man den schlechteren der beiden Werte (S1) für die
Kombination heranziehen!
Die Näherungssensoren S3/S4 werden auf Plausibilität überwacht (zeitlich/logisch) und sind Typ ASysteme nach EN61508 (nicht komplexe Bauteile, deren Verhalten unter Fehlerbedingungen vollständig
bekannt ist). Einmal pro Schicht wird die sichere Position angefahren.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= β* (PFH(S1|S2| EL1904)+ PFH(S3|S4| EL1904)) /2 + PFH(EL6900) +
PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+ PFH(K2))/2
mit
PFH(S1|S2| EL1904)= β* (PFH(S1)+PFH(S2))/2 + PFH(EL1904)
PFH(S3|S4| EL1904)= β* (PFH(S3)+ PFH(S4))/2 + PFH(EL1904)
zu:
PFH(S1|S2| EL1904) = 10% *(1,68E-09+ 8,4E-10)/2 +1,11E-09 = 1,24E-09
PFH(S3|S4| EL1904) = 10% *(8,4E-10+ 8,4E-10)/2 +1,11E-09 = 1,19E-09
PFHges= 10 % * (1,24E-09+1,19E-09) /2 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10 % * (1,29E09+1,29E-09) /2 = 2,53E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿2904)
1
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
68
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S3) =
𝐵10𝑑 (𝑆3)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S4) =
𝐵10𝑑 (𝑆4)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028,8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 1h ∗ 8760 hy
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
MTTFd ges=
99%
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
679,3𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 833,2𝑦
= 177,3𝑦
99%
90%
90%
99%
99%
99%
99% 99% 99%
+
+
+
+
+
+
+
+
1358,7 13586,9 13586,9 1028,8 1028,8 1108,6 913,2 833,2 833,2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
679,3 1358,7 13586,9 13586,9 1028,8 1028,8 1108,6 913,2 833,2 833,2
+
DCavg= 679,3
1
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
= 98,85%
69
Schaltungsbeispiele
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 4 möglich. Die Überwachung der Sensoren S3
und S4 muss zeitlich und logisch programmiert sein.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
70
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.11 Schutztür Funktion mit Zuhaltung (Kategorie 4, PL e)
Die Schutztür hat zwei Kontakte „Tür geschlossen“ S1 und „Tür geschlossen und verriegelt“ S2, die auf
sichere Eingänge einer EL1904 verdrahtet sind. Die Testung der Eingänge ist aktiv. Eine Überprüfung auf
Diskrepanz der Signale kann nicht stattfinden, da es keinen zeitlichen Zusammenhang der Signale gibt.
Der Rückführkreis und das Restart-Signal werden über einen sicheren Eingang eingelesen. Auch hier ist
die Testung der Eingänge aktiv. An dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel
angeschlossen. Für diese Beschaltung sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
Die Zuhaltung wird über 2 sichere Eingänge geschaltet bei denen die Testung aktiv ist. Der sichere
Ausgang für die Zuhaltung hat die Testung und Strommessung aktiv.
AUF
S1
K1
K2
Restart
Zu
S2
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
Lock
K2
Unlock
2.11.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
71
Schaltungsbeispiele
EL2904 (für alle verwendeten EL2904 gültig)
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
2.11.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.11.2.1 Block 1
S1
EL1904
EL6900
Lock
S2
EL2904
Zuhaltung
UnLock
K1
EL2904
EL1904
Restart
K2
2.11.3 Berechnung
2.11.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
2.000.000
S2 – B10d
2.000.000
Restart - B10d
10.000.000
Lock – B10d
100.000
Unlock – B10d
100.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Zuhaltung - B10d
2.000.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
15 (4x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
72
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.11.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Testung
DCavg=90%
S2 mit Testung und Erwartungshaltung
DCavg=99%
Lock/Unlock mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
Restart
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
Zuhaltung
DCavg=99%
2.11.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
2000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 1358,7y = 11902174h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 14720
2000000
0,1∗14720
= 1358,7y = 11902174h
Lock/Unlock:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 67,9y = 595108h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 883,2y = 7736413h
0,1 ∗ 21,90
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
73
Schaltungsbeispiele
Restart:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
10000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 6793,5y = 59511060h
Zuhaltung:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
= 14720
2000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗14720 = 1358,7y = 11902173h
und der Annahme, dass S1, S2, S3, S4, K1, K2 und die Zuhaltung jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 8,40E − 09
1358,7 ∗ 8760
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 8,40E − 10
1358,7 ∗ 8760
Lock/Unlock:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,68E − 08
67,9 ∗ 8760
Restart:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 1,68E − 09
6793,5 ∗ 8760
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,29E − 09
883,2 ∗ 8760
Zuhaltung:
𝑃𝐹𝐻 =
74
1 − 0,99
= 8,40E − 10
1358,7 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Türschalter S1/S2 müssen beide betätigt werden. Da die Schalter verschiedene Werte haben, der
vollständige Schutztürschalter aber aus einer Kombination von Öffner und Schließer besteht und beide
Schalter funktionieren müssen, kann man den schlechteren der beiden Werte (S1) für die Kombination
heranziehen!
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Die Zuhaltung ist mit dem Schalter S2 mechanisch so verbunden, dass ein Trennen der Kopplung
ausgeschlossen werden kann.
Der Restart wird überwacht, dass ein Signalwechsel erst gültig ist, sobald die Tür geschlossen ist.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= β* (PFH(S2|Lock|UNlock|EL2904|Zuhaltung)+ PFH(S1))/ 2 + PFH(EL1904) +
PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+ PFH(K2))/2+PFH(EL1904) +
PFH(Restart)
mit
PFH(S2|Lock|UNlock|EL2904|Zuhaltung) = PFH(S2)+ β* (PFH(Lock)+PFH(Unlock))/2 +
PFH (EL2904) + PFH (Zuhaltung)
zu:
PFH(S2|Lock|UNlock|EL2904|Zuhaltung) = 8,4E-10 + 10%* (1,68E-08+1,68E-08)/2 +
1,25E-09 + 8,40E-10 = 4,61E-09
PFHges= 10 %* (4,61E-09+8,40E-09)/2 + 1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%*
(1,29E-09+1,29E-09)/2 + 1,11E-09 + 1,68E-09 = 6,96E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
=
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆2|𝐿𝑜𝑐𝑘|𝑈𝑁𝑙𝑜𝑐𝑘|𝐸𝐿2904|𝑍𝑢ℎ𝑎𝑙𝑡𝑢𝑛𝑔) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904)
1
1
1
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿2904) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
1
1
+
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿1904)) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑅𝑒𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡))
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
75
Schaltungsbeispiele
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (Lock) =
𝐵10𝑑 (𝐿𝑜𝑐𝑘)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (Unlock) =
𝐵10𝑑 (𝑈𝑛𝑙𝑜𝑐𝑘)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (Zuhaltung) =
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝑆4)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028,8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
76
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2|Lock|UNlock|EL2904|Zuhaltung)
1
=
1
1
1
1
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆2)
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐿𝑜𝑐𝑘)
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿2904)
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑍𝑢ℎ𝑎𝑙𝑡𝑢𝑛𝑔)
1
=
= 57,82𝑦
1
1
1
1
+
+
+
1358,7𝑦
67,9𝑦
913,2𝑦
1358,7𝑦
MTTFd ges=
DCavg=
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
57,82𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 883,2𝑦 6793,5𝑦
= 46,42𝑦
99%
99% 99% 99% 99%
99%
99%
99%
99% 99% 99%
99%
90%
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
57,82 1358,7 67,9 67,9 913,2 1358,7 1028,8 1108,6 913,2 883,2 883,2 1028,8 6793,5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
57,82 1358,7 67,9 67,9 913,2 1358,7 1028,8 1108,6 913,2 883,2 883,2 1028,8 6793,5
= 98,98%
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 4 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
77
Schaltungsbeispiele
2.12 Zweihand-Steuerung (Kategorie 4, PL e)
Die Zweihandtaster bestehen jeweils aus einer Kombination von Öffner und Schließer auf sicheren
Eingängen einer EL1904. Die Testung der Eingänge ist aktiv und die Signale werden auf Diskrepanz
(200 ms) überprüft. Zusätzlich ist die synchrone Betätigung der beiden Taster aktiviert mit einer
Überwachungszeit von 500 ms.
Der Rückführkreis wird über einen sicheren Eingang eingelesen. An dem sicheren Ausgang werden die
Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung sind die Strommessung und die
Testung des Ausgangs aktiv.
S1
K1
K2
S2
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
2.12.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
78
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.12.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.12.2.1 Block 1
S1
K1
EL1904
EL6900
EL2904
EL1904
S2
K2
2.12.3 Berechnung
2.12.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
20.000.000
S2 – B10d
20.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
1 (1x pro Minute)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.12.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1/S2 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
2.12.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
79
Schaltungsbeispiele
Eingesetzt ergibt das:
S1/S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
1
= 220800
20000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗220800 = 905,8y = 7934783h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 220800
1300000
= 58,9y = 515760h
0,1 ∗ 220800
und der Annahme, dass S1, S2, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1/S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,26E − 09
905,8y ∗ 8760
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,93E − 8
58,9 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
80
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= β * (PFH(S1)+PFH(S2))/2 + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β
* (PFH(K1)+PFH(K2))/2 +PFH(EL1904)
zu:
PFHges= 10%* (1,26E-09+1,26E-09) / 2 +1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%*
(1,93E-08+1,93E-08) / 2 + 1,11E-09 = 6,56E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿2904)
1
1
+
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 1h ∗ 8760 hy
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
81
Schaltungsbeispiele
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
MTTFd ges=
DCavg=
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
905,8𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 58,9𝑦 1028,8𝑦
99% 99%
99%
99%
99% 99% 99% 99%
+
+
+
+
+
+
+
905,8 905,8 1028,8 1108,6 913,2 58,9 58,9 1028,8
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
905,8 905,8 1028,8 1108,6 913,2 58,9 58,9 1028,8
= 45,4𝑦
= 99,0%
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 4 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
82
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.13 Laserscanner (Kategorie 3, PL d)
Der Laser-Scanner hat zwei OSSD-Ausgänge (Output-Signal-Switching-Device) die auf sichere Eingänge
einer EL1904 verdrahtet sind. Die Testung der Eingänge ist nicht aktiv, da die OSSD-Ausgänge eine
eigene Testung durchführen. Weiterhin werden die Signale auf Diskrepanz (200 ms) überprüft. Der
Rückführkreis wird über einen sicheren Eingang eingelesen. Für diesen Eingang ist die Testung aktiv. An
dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung
sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
K1
K2
OSSD 1
OSSD 2
K1
K2
Logische Verbindung
in der EL6900
2.13.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Nein
Nein
Ja
Ja
OSSD beliebige Pulsarten
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
83
Schaltungsbeispiele
2.13.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.13.2.1 Block 1
K1
Scanner
EL1904
EL6900
EL2904
K2
2.13.3 Berechnung
2.13.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
Laserscanner – PFHd
7,67E-08
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10 (6x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.13.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
OSSD1/2 mit Testung(durch Scanner)/Plausibilität
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
2.13.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
84
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Eingesetzt ergibt das:
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 22080
1300000
= 588,7y = 5157012h
0,1 ∗ 22080
und der Annahme, dass K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,94E − 9
588,7 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(Scanner) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β*
(PFH(K1)+ PFH(K2))/2
zu:
PFHges= 7,67E-08 +1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,94E-09+1,94E-09)/2=
8,03E-08
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
85
Schaltungsbeispiele
als:
1
1
1
1
=
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆𝑐𝑎𝑛𝑛𝑒𝑟) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900)
1
1
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿2904) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028.8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (Scanner) =
(1 − 0,90)
(1 − 𝐷𝐶(𝑆𝑐𝑎𝑛𝑛𝑒𝑟))
0,1
=
= 148,8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝑆𝑐𝑎𝑛𝑛𝑒𝑟)
6,72E − 04 1y
7,67E − 08 h ∗ 8760 y
MTTFd ges=
DCavg=
86
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
148,8𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 588,7𝑦
90%
99%
99%
99% 99% 99%
+
+
+
+
+
148,8 1028,8 1108,6 913,2 588,7 588,7
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
148,8 1028,8 1108,6 913,2 588,7 588,7
= 87,8𝑦
= 94,38%
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist durch den Einsatz des Typ3 (Kategorie 3) Laserscanners maximal
bis Kategorie 3 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
87
Schaltungsbeispiele
2.14 Lichtgitter (Kategorie 4, PL e)
Das Lichtgitter hat zwei OSSD-Ausgänge (Output-Signal-Switching-Device) die auf sichere Eingänge
einer EL1904 verdrahtet sind. Die Testung der Eingänge ist nicht aktiv, da die OSSD-Ausgänge eine
eigene Testung durchführen. Weiterhin werden die Signale auf Diskrepanz (200 ms) überprüft. Der
Rückführkreis wird über einen sicheren Eingang eingelesen. Für diesen Eingang ist die Testung aktiv. An
dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung
sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
K1
K2
OSSD 1
OSSD 2
K1
K2
Logische Verbindung
in der EL6900
2.14.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Nein
Nein
Ja
Ja
Asynchrone Auswertung OSSD
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
88
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.14.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.14.2.1 Block 1
K1
LichtEL1904
vorhang
EL6900
EL2904
K2
2.14.3 Berechnung
2.14.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
Lichtvorhang – PFHd
1,50E-08
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
5 (12x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.14.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
OSSD1/2 mit Testung(durch Lichtvorhang)/
Plausibilität
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
2.14.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
89
Schaltungsbeispiele
Eingesetzt ergibt das:
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
5
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 44160
1300000
= 294,4y = 2578944h
0,1 ∗ 44160
und der Annahme, dass K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 3,88E − 9
294,4 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(Lichtvorhang) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β*
(PFH(K1)+ PFH(K2))/2
zu:
PFHges= 1,50E-08 +1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (3,88E-09+3,88E-09)/2 =
1,88E-08
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
90
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
als:
1
1
1
1
=
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐿𝑖𝑐ℎ𝑡𝑣𝑜𝑟ℎ𝑎𝑛𝑔) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900)
1
1
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿2904) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028.8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (Lichtvorhang) =
=
MTTFd ges=
DCavg=
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐿𝑖𝑐ℎ𝑡𝑣𝑜𝑟ℎ𝑎𝑛𝑔))
=
𝑃𝐹𝐻(𝐿𝑖𝑐ℎ𝑡𝑣𝑜𝑟ℎ𝑎𝑛𝑔)
1,50E − 08 1h ∗ 8760 hy
0,01
= 76,1y
1,31E − 04 1y
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
76,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 294,4𝑦
99% 99%
99%
99% 99% 99%
+
+
+
+
+
76,1 1028,8 1108,6 913,2 588,7 294,4
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
76,1 1028,8 1108,6 913,2 588,7 294,4
= 51,3𝑦
= 99,0%
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
91
Schaltungsbeispiele
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist durch den Einsatz des Typ4 (Kategorie 4) Lichtvorhangs maximal bis
Kategorie 4 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
92
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.15 Sicherheitsschaltmatte / Safety Bumper (Kategorie 4,
PL e)
Sicherheitsschaltmatten oder Safety Bumper arbeiten nach dem Prinzip des Querschlusses. Die
Kontaktflächen des Gerätes werden auf sichere Eingänge einer EL1904 verdrahtet. Die Testung der
Eingänge ist aktiv und die Signale werden auf Diskrepanz (200 ms) überprüft. Sobald ein Querschluss
(Schaltmatte wird betreten) zwischen den Signalen erkannt wird, wird eine logische 0 von der
Eingangsklemme EL1904 gemeldet. Ist der Querschluss nicht mehr vorhanden wird eine logische 1
gemeldet. Der Rückführkreis wird über einen sicheren Eingang eingelesen. Auch hier ist die Testung des
Einganges aktiv. An dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für
diese Beschaltung sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
K1
K2
K1
K2
Logische Verbindung
in der EL6900
2.15.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Querschluss ist kein Modulfehler
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
93
Schaltungsbeispiele
2.15.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.15.2.1 Block 1
K1
SchaltEL1904
matte
EL6900
EL2904
K2
2.15.3 Berechnung
2.15.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
Schaltmatte – B10d
6,00E06
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
1 (1x pro Minute)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.15.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
Schaltausgänge (Matte) mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
2.15.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
94
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Eingesetzt ergibt das:
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 220800
1300000
= 58,9y = 515761h
0,1 ∗ 220800
Schaltmatte:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 220800
6,00E06
= 271,7y = 2380434h
0,1 ∗ 220800
und der Annahme, dass K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,94E − 08
58,9 ∗ 8760
Schaltmatte:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 4,20E − 09
271,7 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(Schaltmatte) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β*
(PFH(K1)+ PFH(K2))/2
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
95
Schaltungsbeispiele
zu:
PFHges= 4,20E-09+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,94E-08+1,94E-08)/2 =
9,53E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
=
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆𝑐ℎ𝑎𝑙𝑡𝑚𝑎𝑡𝑡𝑒) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900)
1
1
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿2904) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028.8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
MTTFd ges=
DCavg=
96
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
271,7𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 58,9𝑦
99%
99%
99%
99% 99% 99%
+
+
+
+
+
271,7 1028,8 1108,6 913,2 58,9 58,9
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
271,7 1028,8 1108,6 913,2 58,9 58,9
= 42,3𝑦
= 99,0%
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Kategorie
Hinweis
Durch die Struktur der Schaltung ist Kategorie 4 erreichbar.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
97
Schaltungsbeispiele
2.16 Muting (Kategorie 4, PL e)
Das Lichtgitter hat zwei OSSD Ausgänge (Output-Signal-Switching-Device) die auf sichere Eingänge
einer EL1904 verdrahtet sind. Die Testung der Eingänge ist nicht aktiv, da die OSSD Ausgänge eine
eigene Testung durchführen. Weiterhin werden die Signale auf Diskrepanz (200 ms) überprüft. Der
Rückführkreis wird über einen sicheren Eingang eingelesen. Die Muting-Schalter und der Enable-Schalter
sind ebenfalls auf sichere Eingänge verdrahtet. Für diese Eingänge ist die Testung aktiv.
An einem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Die Muting-Lampe
ist ebenfalls auf einen sicheren Ausgang verdrahtet. Für diese Beschaltung sind die Strommessung und
die Testung des Ausgangs aktiv.
OSSD 1
OSSD 2
K1
K1
K2
S1
K2
Logische Verbindung
in der EL6900
MS1
MS2
MS3
MS4
2.16.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (obere Klemme in der Zeichnung)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Nein
Nein
Ja
Ja
Asynchrone Auswertung OSSD
Single Logic
EL1904 (untere Klemme in der Zeichnung)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
98
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
2.16.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.16.2.1 Block 1
K1
MS
K2
MS
Licht-
vorhang
EL1904
EL6900
EL2904
MS
EL1904
S1
MS
2.16.3 Berechnung
2.16.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
100.000
Lichtvorhang – PFHd
1,50E-08
MS1 – B10d
100.000
MS2 – B10d
100.000
MS3 – B10d
100.000
MS4 – B10d
100.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
8
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
60 (1x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
99
Schaltungsbeispiele
2.16.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
OSSD1/2 mit Testung(durch Lichtvorhang)/
Plausibilität
DCavg=99%
MS1/2/3/4 mit Testung/Plausibilität
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
S1 mit Testung
DCavg=90%
2.16.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
60
= 1840
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗1840 = 543,5y = 4761060h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
60
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 1840
1300000
= 7065,2 = 61891152h
0,1 ∗ 1840
MS1/MS2/MS3/S4:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
60
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 1840
100000
= 543,5y = 4761060h
0,1 ∗ 1840
und der Annahme, dass S1, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
100
1
𝜆𝑑
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 2,10E − 8
543,5 ∗ 8760
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,62E − 10
7065,2 ∗ 8760
MS1/MS2/MS3/S4:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 2,10E − 8
543,5 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(Lichtvorhang) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β*
(PFH(K1)+PFH(K2))/2 + β* (PFH(MS1)+PFH(MS2))/2 + β*
(PFH(MS3)+PFH(MS4))/2 + PFH(EL1904) + PFH(S1)
zu:
PFHges= 1,50E-08 +1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%*(1,62E-10+1,62E-10) / 2 +
10%*(2,10E-08+2,10E-08) / 2 + 10%*(2,10E-08+2,10E-08) / 2 +1,11E-09 +
2,10E-08 = 4,47E-08
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
101
Schaltungsbeispiele
als:
1
1
1
1
=
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐿𝑖𝑐ℎ𝑡𝑣𝑜𝑟ℎ𝑎𝑛𝑔) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900)
1
1
1
1
+
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿2904) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑀𝑆1)) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑀𝑆3))
1
1
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝑆1)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028.8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (Lichtvorhang) =
=
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐿𝑖𝑐ℎ𝑡𝑣𝑜𝑟ℎ𝑎𝑛𝑔))
=
𝑃𝐹𝐻(𝐿𝑖𝑐ℎ𝑡𝑣𝑜𝑟ℎ𝑎𝑛𝑔)
1,50E − 08 1h ∗ 8760 hy
0,01
= 76,1y
1,31E − 04 1y
(1 − 0,90)
(1 − 𝐷𝐶(𝑀𝑆1/𝑀𝑆3))
0,1
=
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝑀𝑆1/𝑀𝑆3)
1,84E − 04 1y
2,10E − 8 h ∗ 8760 y
= 543,6y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (MS1/MS3) =
102
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd ges=
DCavg=
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
+
76,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 7065,2𝑦 543,6𝑦 543,6𝑦 1028,8𝑦 543,5𝑦
= 44,0𝑦
99% 99%
99%
99%
99%
99%
90% 90% 90% 90%
99%
99%
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
76,1 1028,8 1108,6 913,2 7065,2 7065,2 543,6 543,6 543,6 543,6 1028,8 543,5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
76,1 1028,8 1108,6 913,2 7065,2 7065,2 543,6 543,6 543,6 543,6 1028,8 543,5
= 96,51%
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist durch den Einsatz des Typ4 (Kategorie 4) Lichtvorhangs maximal bis
Kategorie 4 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
103
Schaltungsbeispiele
2.17 Allpolige Abschaltung einer Potentialgruppe mit
nachgeschalteten rückwirkungsfreien Standardklemmen
(Kategorie 4, PL e)
Die Schutztür verwendet eine Kombination von Öffner und Schließer auf sicheren Eingängen einer
EL1904. Die Testung der Eingänge ist aktiv und die Signale werden auf Diskrepanz (200 ms) überprüft.
An dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung
sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
Die Diagnose Information der KL/EL9110 (24 V liegen an den Powerkontakten an) wird negiert und
zusammen mit den Rückführsignalen der Schütze K1, K2, K3 und K4 UND verknüpft auf den EDM
Eingang gelegt.
Mit den Arbeitskontakten der Schütze K1 und K2 wird die Versorgung der Powerkontakte (24 V und auch
0 V) der Potentialgruppe abgeschaltet. Die 0 V Potentiale der verwendeten Last (hier: K3 und K4)
müssen immer auf die Potentialgruppe zurückgeführt werden.
Sicherheitsbetrachtung
Hinweis
Die verwendeten Klemmen EL/KL9110 und EL/KL2xxx sind kein aktiver Teil der
Sicherheitssteuerung. Dementsprechend ist der erreichte Sicherheitslevel nur durch
die überlagerte Sicherheitssteuerung definiert. Die Standardklemmen werden nicht in
die Berechnung mit einbezogen.
Die externe Beschaltung der Standardklemmen kann zu Einschränkungen des
maximal erreichbaren Sicherheitslevels führen.
Voraussetzungen Netzteil
Hinweis
Zur Versorgung der Standardklemmen mit 24 V muss ein SELV/PELV Netzteil mit
einer ausgangsseitigen Spannungsbegrenzung auf Umax=60 V im Fehlerfall verwendet
werden.
Verhinderung der Rückspeisung
Achtung
Die Rückspeisung kann durch unterschiedliche Maßnahmen verhindert werden (siehe
weitere Hinweise untenstehend):


104
Kein Schalten von Lasten mit separater Spannungsversorgung
Masserückführung und allpolige Abschaltung (hier im Beispiel verwendet)
oder
Fehlerausschluss Leitungskurzschluss (separate Mantelleitung, Verdrahtung
nur Schaltschrank-intern, eigene Erdverbindung pro Leiter)
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Maximal erreichbare Sicherheitslevel
Achtung
Rückspeisung durch Masserückführung und allpolige Abschaltung vermieden:
DIN EN ISO 13849-1: max. Kat. 4 PL e
IEC 61508:
max. SIL3
EN 62061:
max. SIL3
AUF
K1
S1
K2
S2
Zu
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
K3
K4
24V
0V
K1
I/O RUN
BK9000
BECKHOFF
I/O ERR
K2
KL2xx2 KL2xx2 KL9xxx KL2xx2 KL2xx2 KL9010
BECKHOFF BECKHOFF BECKHOFF BECKHOFF BECKHOFF BECKHOFF
K3
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
K4
105
Schaltungsbeispiele
2.17.1 Hinweise zur Verhinderung der Rückspeisung
2.17.1.1 Kein Schalten von Lasten mit separater Spannungsversorgung
Es dürfen keine Lasten durch Standardklemmen geschaltet werden, die über eine eigene Spannungsversorgung verfügen, da hier eine Rückspeisung durch die Last nicht ausgeschlossen werden kann.
Externe
Versorgung
Sichere Abs chaltung
(zweikanalig, allpolig)
1
1
5
5
Last
230V ~
24V =
24V
0V
SELV/PELV
Netzteil
2
6
2
6
3
7
3
7
4
8
4
8
Standardklemme
Einspeiseklemme
Ausnahmen von der allgemeinen Anforderung sind nur erlaubt, wenn der Hersteller der angeschlossenen
Last garantiert, dass es zu keiner Rückspeisung auf den Ansteuereingang kommen kann.
2.17.1.2 Option 1: Masserückführung und allpolige Abschaltung (hier im Beispiel verwendet)
Die Masseverbindung der angeschlossenen Last muss auf die sicher geschaltete Masse der jeweiligen
Ausgangsklemme bzw. Potentialgruppe zurückgeführt werden. (Hier: K1 - richtige Verdrahtung, K2 falsche Verdrahtung)
Sichere Abs chaltung
(zweikanalig, allpolig)
230V ~
24V =
SELV/PELV
Netzteil
24V
0V
1
5
1
5
2
6
2
6
K1
3
7
3
7
4
8
4
8
Einspeiseklemme
106

K2

Stand ardklemme
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.17.1.3 Option 2: Fehlerausschluss Leitungskurzschluss
Ist die Option 1 aus Kapitel 2.17.1.2 nicht umsetzbar kann auch auf die Masserückführung und allpolige
Abschaltung verzichtet werden, wenn die Gefahr der Rückspeisung aufgrund eines
Leitungskurzschlusses durch weitere Maßnahmen ausgeschlossen werden kann. Die folgenden
Maßnahmen können alternativ umgesetzt werden.
Sichere Abs chaltung
(zweikanalig, einpolig)
230V ~
24V =
SELV/PELV
Netzteil
24V
0V
1
5
1
5
2
6
2
6
3
7
3
7
4
8
4
8
Einspeiseklemme
Alternative1:
geschütz te Leitungsverlegung
K1
K2
Stand ardklemme
Lastanschluss durch separate Mantelleitungen
Das nicht sicher geschaltete Potential der Standardklemme darf nicht zusammen mit
anderen potentialführenden Leitungen in derselben Mantelleitung geführt werden
Alternative2:
Verdrahtung nur Schaltschrank-intern
Alle an die nicht sicheren Standardklemmen angeschlossenen Lasten müssen sich im
selben Schaltschrank wie die Klemmen befinden. Die Leitungsverlegung verbleibt
vollkommen innerhalb des Schaltschrankes.
Alternative3:
Eigene Erdverbindung pro Leiter
Alle an die nicht sicheren Standardklemmen angeschlossenen Leiter sind durch eine
eigene Erdverbindung geschützt.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
107
Schaltungsbeispiele
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
108
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.17.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.17.2.1 Block 1
S1
K1
EL1904
EL6900
EL/KL2xxx
K3
...
EL2904
S2
K2
Nicht betrachtet, da rückwirkungsfrei
K4
2.17.3 Berechnung
2.17.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
1.000.000
S2 – B10d
2.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
K3 – B10d
1.300.000
K4 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
8
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
15 (4x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.17.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1/S2 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
K3/K4 mit EDM
DCavg=90%
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
109
Schaltungsbeispiele
2.17.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
15
= 7360
1000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗7360 = 1358,7y = 11902212h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
15
= 7360
2000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗7360 = 2717,4y = 23804424h
K1/K2/K3/K4:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
15
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 7360
1300000
= 1766,3y = 15472788h
0,1 ∗ 7360
und der Annahme, dass S1, S2, K1, K2, K3 und K4 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
110
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
1 − 0,99
= 8,40E − 10
1358,7 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
K3/K4:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 4,20E − 10
2717,4 ∗ 8760
1 − 0,99
= 6,46E − 10
1766,3 ∗ 8760
1 − 0,90
= 6,46E − 9
1766,3 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Türschalter S1/S2 werden immer gegenläufig betätigt. Da die Schalter verschiedene Werte haben,
der vollständige Schutztürschalter aber aus einer Kombination von Öffner und Schließer besteht und
beide Schalter funktionieren müssen, kann man den schlechteren der beiden Werte (S1) für die
Kombination heranziehen!
Die Schütze K1, K2, K3 und K4 sind alle an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein NichtFunktionieren eines Schützes führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung
aufgedeckt. Weiterhin sind die B10d-Werte für K1, K2, K3 und K4 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Schütz-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
𝑃𝐹𝐻(𝑆1) + 𝑃𝐹𝐻(𝑆2)
+ 𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904) + 𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900) + 𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
2
𝑃𝐹𝐻(𝐾1) + 𝑃𝐹𝐻(𝐾2)
𝑃𝐹𝐻(𝐾3) + 𝑃𝐹𝐻(𝐾4)
+𝛽∗
+𝛽∗
2
2
𝑃𝐹𝐻𝑔𝑒𝑠 = 𝛽 ∗
zu:
8,40𝐸 − 10 + 4,20𝐸 − 10
+ 1,11𝐸 − 9 + 1,03𝐸 − 9 + 1,25𝐸 − 9
2
6,46𝐸 − 10 + 6,46𝐸 − 10
6,46𝐸 − 9 + 6,46𝐸 − 9
+ 10% ∗
+ 10% ∗
= 4,1636𝐸 − 9
2
2
𝑃𝐹𝐻𝑔𝑒𝑠 = 10% ∗
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
111
Schaltungsbeispiele
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
1
+
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐾3)
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 1h ∗ 8760 hy
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 1h ∗ 8760 hy
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑𝑔𝑒𝑠 =
1
1
1
1
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝑆2)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
1
𝐷𝐶
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝑆2)
0,99
1
0,99
1
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿1904)
1
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
+
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝑑 (𝐸𝐿2904)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝐾4)
1
1
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹 (𝐸𝐿2904)
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900)
𝑑
1
1
𝑑 (𝐾3)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝐾4)
0,99
0,99
0,90
0,90
+ 1766,3 + 1766,3 + 1766,3 + 1766,3
1
1
1
1
1
+ 2717,4 + 1028,8 + 1108,6 + 913,2
1358,7
+
𝑑 (𝐾3)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝐾2)
0,99
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝑑 (𝐸𝐿6900)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝐾2)
0,99
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
= 206,7𝑦
+ 2717,4 + 1028,8 + 1108,6 + 913,2
0,99
112
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
+
𝑑 (𝐾1)
1358,7
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝑑 (𝐾1)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
1
𝑑 (𝐸𝐿1904)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
1
+ 1028,8𝑦 + 1108,6𝑦 + 913,2𝑦 + 1766,3𝑦 + 1766,3𝑦
1358,7𝑦
1
1766,3
+
1
1766,3
+
1
1766,3
+
= 0,9739 = 97,39%
1
1766,3
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 4 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Sicherheits-Integritätslevel entspr. Tab. 3 EN62061
Sicherheits-Integritätslevel
Warscheinlichkeit eines gefahrbringenden
Ausfalls pro Stunde (PFHD)
3
≥ 10-8 bis < 10-7
2
≥ 10-7 bis < 10-6
1
≥ 10-6 bis < 10-5
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
113
Schaltungsbeispiele
2.18 Einpolige Abschaltung einer Potentialgruppe mit
nachgeschalteten rückwirkungsfreien Standardklemmen
mit Fehlerausschluss (Kategorie 4, PL e)
Die Schutztür verwendet eine Kombination von Öffner und Schließer auf sicheren Eingängen einer
EL1904. Die Testung der Eingänge ist aktiv und die Signale werden auf Diskrepanz (200 ms) überprüft.
An dem sicheren Ausgang werden die Schütze K1 und K2 parallel angeschlossen. Für diese Beschaltung
sind die Strommessung und die Testung des Ausgangs aktiv.
Die Diagnoseinformation der KL/EL9110 (24 V liegen an den Powerkontakten an) wird negiert und
zusammen mit den Rückführsignalen der Schütze K1, K2, K3 und K4 UND verknüpft auf den EDMEingang gelegt.
Mit den Arbeitskontakten der Schütze K1 und K2 wird nur die 24 V Versorgung der Powerkontakte der
Potentialgruppe abgeschaltet. Der 0 V Anschluss der Powerkontakte wird direkt auf die 0 V der
Spannungsversorgung zurückgeführt.
Die 0 V Potentiale der verwendeten Last (hier: K3 und K4) können auf die Potentialgruppe zurückgeführt
werden.
Sicherheitsbetrachtung
Hinweis
Die verwendeten Klemmen EL/KL9110 und EL/KL2xxx sind kein aktiver Teil der
Sicherheitssteuerung. Dementsprechend ist der erreichte Sicherheitslevel nur durch
die überlagerte Sicherheitssteuerung definiert. Die Standardklemmen werden nicht in
die Berechnung mit einbezogen.
Die externe Beschaltung der Standardklemmen kann zu Einschränkungen des
maximal erreichbaren Sicherheitslevels führen.
Voraussetzungen Netzteil
Hinweis
Zur Versorgung der Standardklemmen mit 24V muss ein SELV/PELV Netzteil mit einer
ausgangsseitigen Spannungsbegrenzung auf Umax=60V im Fehlerfall verwendet
werden.
Verhinderung der Rückspeisung
Achtung
Die Rückspeisung kann durch unterschiedliche Maßnahmen verhindert werden (siehe
weitere Hinweise untenstehend):


114
Kein Schalten von Lasten mit separater Spannungsversorgung
Masserückführung und allpolige Abschaltung
oder
Fehlerausschluss Leitungskurzschluss (separate Mantelleitung, Verdrahtung
nur Schaltschrank-intern, eigene Erdverbindung pro Leiter) (hier im Beispiel
verwendet)
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Maximal erreichbare Sicherheitslevel
Achtung
Rückspeisung durch Fehlerausschluss Leitungskurzschluss vermieden:
DIN EN ISO 13849-1: max. Kat. 4 PL e
IEC 61508:
max. SIL3
EN 62061:
max. SIL2
AUF
K1
S1
K2
S2
Zu
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
K3
K4
24V
0V
K1
I/O RUN
BK9000
BECKHOFF
I/O ERR
K2
KL2xx2 KL2xx2 KL9xxx KL2xx2 KL2xx2 KL9010
BECKHOFF BECKHOFF BECKHOFF BECKHOFF BECKHOFF BECKHOFF
Geschützte
Leitungsverlegung
K3
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
K4
115
Schaltungsbeispiele
2.18.1 Hinweise zur Verhinderung der Rückspeisung
2.18.1.1 Kein Schalten von Lasten mit separater Spannungsversorgung
Es dürfen keine Lasten durch Standardklemmen geschaltet werden, die über eine eigene Spannungsversorgung verfügen, da hier eine Rückspeisung durch die Last nicht ausgeschlossen werden kann.
Externe
Versorgung
Sichere Abs chaltung
(zweikanalig, allpolig)
1
1
5
5
Last
230V ~
24V =
24V
0V
SELV/PELV
Netzteil
2
6
2
6
3
7
3
7
4
8
4
8
Standardklemme
Einspeiseklemme
Ausnahmen von der allgemeinen Anforderung sind nur erlaubt, wenn der Hersteller der angeschlossenen
Last garantiert, dass es zu keiner Rückspeisung auf den Ansteuereingang kommen kann.
2.18.1.2 Option 1: Masserückführung und allpolige Abschaltung
Die Masseverbindung der angeschlossenen Last muss auf die sicher geschaltete Masse der jeweiligen
Ausgangsklemme bzw. Potentialgruppe zurückgeführt werden. (Hier: K1 - richtige Verdrahtung, K2 falsche Verdrahtung)
Sichere Abs chaltung
(zweikanalig, allpolig)
230V ~
24V =
SELV/PELV
Netzteil
24V
0V
1
5
1
5
2
6
2
6
K1
3
7
3
7
4
8
4
8
Einspeiseklemme
116

K2

Stand ardklemme
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.18.1.3 Option 2: Fehlerausschluss Leitungskurzschluss (hier im Beispiel verwendet)
Ist die Option 1 aus Kapitel 2.18.1.2 nicht umsetzbar kann auch auf die Masserückführung und allpolige
Abschaltung verzichtet werden, wenn die Gefahr der Rückspeisung aufgrund eines
Leitungskurzschlusses durch weitere Maßnahmen ausgeschlossen werden kann. Die folgenden
Maßnahmen können alternativ umgesetzt werden.
Sichere Abs chaltung
(zweikanalig, einpolig)
230V ~
24V =
24V
0V
SELV/PELV
Netzteil
1
5
1
5
2
6
2
6
3
7
3
7
4
8
4
8
Einspeiseklemme
Alternative1:
geschütz te Leitungsverlegung
K1
K2
Stand ardklemme
Lastanschluss durch separate Mantelleitungen
Das nicht sicher geschaltete Potential der Standardklemme darf nicht zusammen mit
anderen potentialführenden Leitungen in derselben Mantelleitung geführt werden
Alternative2:
Verdrahtung nur Schaltschrank-intern
Alle an die nicht sicheren Standardklemmen angeschlossenen Lasten müssen sich im
selben Schaltschrank wie die Klemmen befinden. Die Leitungsverlegung verbleibt
vollkommen innerhalb des Schaltschrankes.
Alternative3:
Eigene Erdverbindung pro Leiter
Alle an die nicht sicheren Standardklemmen angeschlossenen Leiter sind durch eine
eigene Erdverbindung geschützt.
Fehlerausschluss
VORSICHT
Für die korrekte Ausführung und Bewertung der angewendeten Alternativen ist der
Maschinenbauer bzw. Anwender allein verantwortlich.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
117
Schaltungsbeispiele
Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
118
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.18.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.18.2.1 Block 1
S1
K1
EL1904
EL6900
EL/KL2xxx
K3
...
EL2904
S2
K2
Nicht betrachtet, da rückwirkungsfrei
K4
2.18.3 Berechnung
2.18.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
1.000.000
S2 – B10d
2.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
K3 – B10d
1.300.000
K4 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
8
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
15 (4x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.18.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1/S2 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
K1/K2 mit Testung und EDM
DCavg=99%
K3/K4 mit EDM
DCavg=90%
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
119
Schaltungsbeispiele
2.18.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
15
= 7360
1000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗7360 = 1358,7y = 11902212h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
15
= 7360
2000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗7360 = 2717,4y = 23804424h
K1/K2/K3/K4:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
15
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 7360
1300000
= 1766,3y = 15472788h
0,1 ∗ 7360
und der Annahme, dass S1, S2, K1, K2, K3 und K4 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
120
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
1 − 0,99
= 8,40E − 10
1358,7 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
K1/K2:
𝑃𝐹𝐻 =
K3/K4:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 4,20E − 10
2717,4 ∗ 8760
1 − 0,99
= 6,46E − 10
1766,3 ∗ 8760
1 − 0,90
= 6,46E − 9
1766,3 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Türschalter S1/S2 werden immer gegenläufig betätigt. Da die Schalter verschiedene Werte haben,
der vollständige Schutztürschalter aber aus einer Kombination von Öffner und Schließer besteht und
beide Schalter funktionieren müssen, kann man den schlechteren der beiden Werte (S1) für die
Kombination heranziehen!
Die Schütze K1, K2, K3 und K4 sind alle an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein NichtFunktionieren eines Schützes führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung
aufgedeckt. Weiterhin sind die B10d-Werte für K1, K2, K3 und K4 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Schütz-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
𝑃𝐹𝐻(𝑆1) + 𝑃𝐹𝐻(𝑆2)
+ 𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904) + 𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900) + 𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
2
𝑃𝐹𝐻(𝐾1) + 𝑃𝐹𝐻(𝐾2)
𝑃𝐹𝐻(𝐾3) + 𝑃𝐹𝐻(𝐾4)
+𝛽∗
+𝛽∗
2
2
𝑃𝐹𝐻𝑔𝑒𝑠 = 𝛽 ∗
zu:
8,40𝐸 − 10 + 4,20𝐸 − 10
+ 1,11𝐸 − 9 + 1,03𝐸 − 9 + 1,25𝐸 − 9
2
6,46𝐸 − 10 + 6,46𝐸 − 10
6,46𝐸 − 9 + 6,46𝐸 − 9
+ 10% ∗
+ 10% ∗
= 4,1636𝐸 − 9
2
2
𝑃𝐹𝐻𝑔𝑒𝑠 = 10% ∗
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
121
Schaltungsbeispiele
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
1
+
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐾3)
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028,8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑𝑔𝑒𝑠 =
1
1
1
𝐷𝐶
𝐷𝐶
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝑆2)
𝐷𝐶
1
𝐷𝐶
𝑑 (𝐸𝐿1904)
𝐷𝐶
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1)
1
𝑑 (𝐾1)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝑆2)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
+
1
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝐾1)
122
1
1
+ 1028,8𝑦 + 1108,6𝑦 + 913,2𝑦 + 1766,3𝑦 + 1766,3𝑦
1358,7𝑦
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1)
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
1
+
= 206,7𝑦
𝐷𝐶
𝐷𝐶
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹 (𝐸𝐿2904)
(𝐸𝐿6900)
𝑑
𝑑
𝐷𝐶
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝐷𝐶
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾3)
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾4)
𝑑 (𝐾2)
1
1
1
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹 (𝐸𝐿6900) + 𝑀𝑇𝑇𝐹 (𝐸𝐿2904)
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿1904)
𝑑
𝑑
1
1
1
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝐾2)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝐾3)
+ 𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑑 (𝐾4)
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
0,99
0,99
1358,7
0,99
0,99
0,99
+ 2717,4 + 1028,8 + 1108,6 + 913,2
0,99
0,99
0,90
0,90
+ 1766,3 + 1766,3 + 1766,3 + 1766,3
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
1
1
1
1
1
+ 2717,4 + 1028,8 + 1108,6 + 913,2
1358,7
1
1
1
= 0,9739 = 97,39%
1
+ 1766,3 + 1766,3 + 1766,3 + 1766,3
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 4 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Sicherheits-Integritätslevel entspr. Tab. 3 EN62061
Sicherheits-Integritätslevel
Warscheinlichkeit eines gefahrbringenden
Ausfalls pro Stunde (PFHD)
3
≥ 10-8 bis < 10-7
2 (*)
≥ 10-7 bis < 10-6
1
≥ 10-6 bis < 10-5
(*)
Entprechend der EN62061 Kapitel 6.7.7.2 ist für ein Teilsystem, das eine HFT von 0 besitzt und für das
Fehlerausschlüsse zu Fehlern, die zu einem gefahrbringenden Ausfall führen können, angewendet
worden sind, die SILCL in Bezug auf strukturelle Einschränkungen für das Teilsystem auf ein Maximum
von SIL2 beschränkt.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
123
Schaltungsbeispiele
2.19 Vernetzte Anlage (Kategorie 4, PL e)
Hier werden 2 Anlagen über Ethernet verbunden. Die Strecke kann auch durch eine Wireless Ethernet
Verbindung realisiert sein. Jede Station schaltet die Ausgänge K1 / K2 nur ein, wenn auch die zweite
Maschine keinen Not-Halt meldet. Die Signale des Not-Halt-Tasters, des Restart und des
Rückführkreises sind auf sichere Eingänge verdrahtet. Der Ausgang des ESTOP-Bausteins wird auf
einen UND Baustein verknüpft und zusätzlich über das Netzwerk der anderen Maschine mitgeteilt. Der
ESTOP-Ausgang der jeweils anderen Maschine wird auf den UND Baustein verknüpft und der Ausgang
des UND schaltet dann die Schütze auf der sicheren Ausgangsklemme.
Die Testung und die Prüfung auf Diskrepanz sind für die Eingangssignale eingeschaltet. Die Testung der
Ausgänge ist ebenfalls aktiv.
Maschine 1
Maschine 2
RT Ethernet oder auch
Wireless Ethernet
K2
Not-Halt
Taster
S1
K1
Restart
S2
K1
Restart
S2
K2
Not-Halt
Taster
S1
Logische
Verknüpfung
Logische
Verknüpfung
K1
K2
K1
K2
Start / Wiederanlauf
Hinweis
124
Wo eine Maschine mehr als eine Bedienstation hat, müssen Maßnahmen vorgesehen
werden, um sicherzustellen, dass die Einleitung von Kommandos von verschiedenen
Bedienstationen nicht zu einer Gefährdungssituation führt.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Schützüberwachung
Hinweis
Sollte das Ergebnis der Risiko- und Gefährdungsanalyse ergeben, dass beim Schalten
der Schütze der jeweils entfernten Steuerung eine Schützkontrolle notwendig ist, ist
diese über die Verwendung eines EDM Bausteins zu realisieren.
2.19.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
2.19.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.19.2.1 Block 1
K1
S1
(1)
(1)
K2
Safety-overS2
EL1904
EL6900
EL2904
(1)
(1)
(1)
(1)
EtherCAT
(1)
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
S1
EL1904
EL6900
(2)
(2)
(2)
125
Schaltungsbeispiele
2.19.3 Berechnung
2.19.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
Safety-over-EtherCAT
1,00E-09
S1 – B10d
1.000.000
S2 – B10d
2.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
8
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
15 (4x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.19.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
S2 mit Plausibilität
DCavg=90%
K1/K2 mit Testung und EDM
(Betätigung 1/Schicht)
DCavg=99%
2.19.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
15
= 7360
1000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗7360 = 1358,7y = 11902212h
126
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
15
= 7360
2000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗7360 = 2717,4y = 23804424h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
15
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 7360
1300000
= 1766,3y = 15472788h
0,1 ∗ 7360
und der Annahme, dass S1, S2, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
1 − 0,99
= 8,40E − 10
1358,7 ∗ 8760
1 − 0,90
= 4,20E − 09
2717,4 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Schicht und direktes zurücklesen
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 6,46E − 10
1766,3 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
127
Schaltungsbeispiele
PFHges= PFH(S1) + β* (PFH(K1)+ PFH(K2))/2 + PFH(S2) + PFH(EL1904) +
PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + PFH (S-o-E) + PFH(S1) + PFH(EL1904) +
PFH(EL6900)
zu:
PFHges= 8,40E-10+ 10%*(6,46E-10+6,46E-10) / 2 + 4,20E-09+1,11E-09 + 1,03E-09 +
1,25E-09 + 1,00E-09 + 8,40E-10+ 1,11E-09 + 1,03E-09= 1,25E-08
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1)) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆2) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904)
1
1
1
1
+
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆 − 𝑜 − 𝐸)
1
1
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028,8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
128
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
(1 − 𝐷𝐶(𝑆 − 𝑜 − 𝐸))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝑆 − 𝑜 − 𝐸)
8,76E − 06 1y
1,00E − 09 h ∗ 8760 y
= 1141,6y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S − o − E) =
MTTFd ges=
DCavg=
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1358,7y 1766,3y 2717,4𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 1358,7𝑦 1028,8𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦
99%
99%
99%
90%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1358,7 1766,3 1766,3 2717,4 1028,8 1108,6 913,2 1358,7 1028,8 1028,8 1108,6
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1358,7 1766,3 1766,3 2717,4 1028,8 1108,6 913,2 1358,7 1028,8 1028,8 1108,6
= 121,6𝑦
= 98,62%
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 4 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
129
Schaltungsbeispiele
2.20 Antriebsoption AX5801 mit Stopp-Funktion SS1
(Kategorie 4, PL e)
Durch das Betätigen des Not-Halt-Tasters werden die Eingänge EStopIn1 und EStopIn2 vom FB ESTOP
in den Zustand „0“ gebracht und dadurch werden die Ausgänge EStopOut vom FB ESTOP in den
Zustand „0“ gebracht. Dies hat zur Folge, dass die PLC und damit via EtherCAT der AX5000 den Befehl
zum Schnellstopp bekommt. Der Ausgang EStopDelOut vom FB ESTOP sorgt dafür, dass nach Ablauf
einer vorgegebenen Verzögerungszeit (hier z.B. 1000 ms) die 24 V Versorgung der Safety-Option
AX5801 unterbrochen wird und somit die internen Relais der AX5801 abfallen. Über die internen
Abschaltpfade der AX5000 werden beide Kanäle (Motoren) drehmomentfrei geschaltet.
Die Testung und die Prüfung auf Diskrepanz sind für die Eingangssignale eingeschaltet. Die Testung der
Ausgänge ist ebenfalls aktiv. Die Relais der 4 AX5801 Optionskarten werden parallel auf einen sicheren
Ausgang der EL2904 verdrahtet. Die Rückführkreise werden in Reihe geschaltet auf einen sicheren
Eingang verdrahtet. Das Restart-Signal ist auf einen nicht-sicheren Eingang verdrahtet.
Logische Verbindung
Restart
S2
SPS / NC
Not-Halt Taster
S1
Rückführkreis
EDM
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
4
4
4
5
6
AX5801
AX5000
130
5
6
AX5801
AX5000
5
6
AX5801
AX5000
5
6
AX5801
AX5000
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.20.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
2.20.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.20.2.1 Block 1
S1
EL1904
EL6900
AX5801
EL2904
AX5801
EL2904
AX5801
EL2904
AX5801
EL2904
AX5801
EL2904
AX5801
EL2904
AX5801
EL2904
AX5801
EL2904
EL2904
2.20.3 Berechnung
2.20.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
AX5801 – B10d
780.000
S1 – B10d
100.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
8
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
60 (1x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
131
Schaltungsbeispiele
2.20.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
AX5801
DCavg=99%
2.20.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
60
= 1840
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗1840 = 543,5y = 4761060h
AX5801:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
60
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 1840
780000
= 4239,1y = 37134516h
0,1 ∗ 1840
und der Annahme, dass S1 einkanalig ist:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 2,10E − 9
543,5 ∗ 8760
AX5801:
𝑃𝐹𝐻 =
132
1 − 0,99
= 2,70E − 10
4239,1 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100 000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(S1)+ PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β*
(4*PFH(AX5801)+ 4*PFH(AX5801))/2
zu:
PFHges = 2,10E-09 +1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%*(4*2,70E-10 +
4*2,70E-10)/2 = 5,60E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿2904)
1
1
1
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐴𝑋5801) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐴𝑋5801) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐴𝑋5801)
1
+
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐴𝑋5801)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (AX5801) =
𝐵10𝑑 (𝐴𝑋5801)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
133
Schaltungsbeispiele
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
MTTFd ges=
99%
1
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
543,5𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 4239,1𝑦 4239,1𝑦 4239,1𝑦 4239,1𝑦
= 173,8𝑦
99%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
99%
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1028,8 1108,6 913,2 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
543,5 1028,8 1108,6 913,2 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1 4239,1
+
DCavg= 543,5
1
= 99,0%
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 4 möglich.
Wiederanlaufsperre in der Maschine implementieren!
VORSICHT
134
Die Wiederanlaufsperre ist NICHT Teil der Sicherheitskette und muss in der Maschine
implementiert werden!
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
135
Schaltungsbeispiele
2.21 Antriebsoption AX5805 mit Stopp-Funktion SS2
(Kategorie 4, PL e)
Die Schutztür ist mit einer eine Kombination von Öffner und Schließer auf eine sichere Eingangsklemme
EL1904 verbunden. Die Testung und die Prüfung auf Diskrepanz sind für die Eingangssignale
eingeschaltet. Der Ausgang ist auf die AX5805 verknüpft.
Die Rückführsignale werden über das von der Antriebsoption zurückgemeldete Control- und Statuswort
überprüft.
AUF
Logische Verbindung
in der EL6900
S1
S2
Control-/Statuswort
Zu
AX5805
AX5000
AX5805
AX5000
AX5805
AX5000
AX5805
AX5000
2.21.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
136
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
AX5805
Parameter
-
Wert
2.21.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.21.2.1 Block 1
S1
EL1904
EL6900
EL2904
AX5805
AX5805
AX5805
AX5805
S2
2.21.3 Berechnung
2.21.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
AX5805 – PFH
5,15E-09
S1 – B10d
1.000.000
S2 – B10d
2.000.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
8
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
60 (1x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.21.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1/S2 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
2.21.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
137
Schaltungsbeispiele
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
60
= 1840
1000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗1840 = 5434,8y = 47608848h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗8∗60
60
= 1840
2000000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗1840 = 10869,6y = 95217696h
und der Annahme, dass S1 und S2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 2,10E − 10
5434,8 ∗ 8760
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,05E − 10
10869,6 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Türschalter S1/S2 werden immer gegenläufig betätigt. Da die Schalter verschiedene Werte haben,
der vollständige Schutztürschalter aber aus einer Kombination von Öffner und Schließer besteht und
beide Schalter funktionieren müssen, kann man den schlechteren der beiden Werte (S1) für die
Kombination heranziehen!
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die Zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= β* (PFH(S1)+ PFH(S2))/2 + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(AX5805) +
PFH(AX5805) + PFH(AX5805) + PFH(AX5805)
zu:
PFHges= 10%* (2,10E-10+1,05E-10) / 2 +1,11E-09 + 1,03E-09 + 5,15E-09 + 5,15E-09 +
5,15E-09 + 5,15E-09 = 2,28E-08
138
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐴𝑋5805)
1
1
1
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐴𝑋5805) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐴𝑋5805) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐴𝑋5805)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028,8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (AX5805) =
(1 − 𝐷𝐶(AX5805))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 221,7y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(AX5805)
4,51E − 05 1y
5,15E − 09 h ∗ 8760 y
MTTFd ges=
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
5434,8𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 221,7𝑦 221,7𝑦 221,7𝑦 221,7𝑦
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
= 49,8𝑦
139
Schaltungsbeispiele
DCavg=
99%
99%
99%
99%
99% 99% 99% 99%
+
+
+
+
+
+
+
5434,8 1358,7 1028,8 1108,6 221,7 221,7 221,7 221,7
1
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
+
5434,8 1358,7 1028,8 1108,6 221,7 221,7 221,7 221,7
= 99,0%
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 4 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
140
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.22 Direktes Verdrahten der TwinSAFE-Ausgänge auf
TwinSAFE-Eingänge (1-kanalig) (Kategorie 2, PL c)
Der Ausgang einer EL2904 wird direkt auf einen sicheren Eingang EL1904 verdrahtet, dabei werden die
Testpulse und Strommessung der Ausgänge und der Sensortest der Eingänge abgeschaltet. Somit sind
keine zyklischen Prüfungen für Querschluss und Fremdeinspeisung auf der Leitung möglich.
Die EL2904 und EL1904 sind aufgrund ihrer hohen internen Diagnose als einzelne Komponente mit
Kategorie 2, SIL2 und PL d zu bewerten, da extern nur eine einkanalige Struktur verwendet wird. Der
Gesamtperformance Level von Ausgang und Eingang ist aufgrund von Kapitel 6.2.5
DIN EN ISO 13849-1:2016-06 mit maximal PL c zu bewerten.
Die für Kategorie 2 erforderliche Testeinrichtung ist in der EL2904 integriert. Beim Einschalten des
Ausgangs der EL2904 wird überprüft, ob auch tatsächlich 24 V zurückgelesen werden. Beim Ausschalten
wird überprüft, dass auch tatsächlich 0 V zurückgelesen werden. Wird dabei ein Fehler festgestellt, geht
die EL2904 in den Zustand Fehler, der auch an die überlagerte Sicherheitssteuerung gemeldet wird.
Dieser Modulfehler der EL2904 muss in der Maschinensteuerung ausgewertet werden. Hierzu ist für die
Connection zu der EL2904 der Parameter ModuleFault is ComError einzuschalten, was dazu führt, dass
die TwinSAFE Gruppe bei einem Modulfehler in den sicheren Zustand wechselt und einen ComError
meldet.
Cat.2, PL c
EL2904
EL1904
2.22.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Wert
Nein
Nein
Nein
Nein
Single Logic
Single Logic
141
Schaltungsbeispiele
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Nein
Nein
2.22.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.22.2.1 Block 1
EL6900
EL2904
EL2904
EL1904
2.22.3 Berechnung
2.22.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
8
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
60 (1x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20 Jahre = 175200 Stunden
2.22.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
EL1904/EL2904
DCavg=60%
Aufgrund der internen Diagnose der Klemmen
(wie Überwachung der Feldspannung,
Temperatur usw.) und der Prüfung der EL2904
auf die Korrektheit des geschalteten Ausgangs
jeweils beim Wechsel des Signalzustands
2.22.3.3 Berechnung Block 1
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(EL1904) + PFH(EL2904)
zu:
PFHges= 1,11E-09 + 1,25E-09 = 2,36E-09
142
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
=
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿2904)
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,60)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,4
=
= 41152 y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,60)
0,4
=
=
= 36364 y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
MTTFd ges=
60%
1
1
1
+
41152𝑦 36364𝑦
60%
36364
1
+
41152 36364
DCavg= 41152
1
+
= 19305 𝑦
= 60%
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
143
Schaltungsbeispiele
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 2 möglich.
Erlangung des Sicherheitslevels
Achtung
Zur Erlangung des Sicherheitslevels muss der Anwender sicherstellen, dass eine
Testung der Verdrahtung in seiner Applikation realisiert wird und 100 Mal häufiger
durchgeführt wird, als die Sicherheitsfunktion angefordert wird.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
144
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.23 Direktes Verdrahten der TwinSAFE-Ausgänge auf
TwinSAFE-Eingänge (2-kanalig) (Kategorie 3, PL d)
Zwei Ausgänge einer EL2904 werden direkt auf zwei sichere Eingänge einer EL1904 verdrahtet, dabei
werden die Testpulse und Strommessung der Ausgänge und der Sensortest der Eingänge abgeschaltet.
Auf der Eingangsseite werden die beiden Signale auf Diskrepanz innerhalb der TwinSAFE Logik
überprüft. Es werden somit die beiden Signale auf ihren Wert überprüft, jedoch sind keine Testungen auf
der Leitung aktiv, sodass mögliche Fremdeinspeisungen beim Schalten der Ausgänge detektiert werden.
2.23.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Nein
Nein
Nein
Nein
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Nein
Nein
2.23.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.23.2.1 Block 1
EL6900
EL2904
EL2904
EL1904
EL2904
EL1904
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
145
Schaltungsbeispiele
2.23.3 Berechnung
2.23.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
8
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
60 (1x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.23.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
EL1904/EL2904
DCavg=90%
2.23.3.3 Berechnung Block 1
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(EL1904) + PFH(EL2904)
zu:
PFHges= 1,11E-09 + 1,25E-09 = 2,36E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
=
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿2904)
Sind für EL1904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
(1 − 0,9)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,1
=
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
= 10288,1y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
146
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
MTTFd ges=
DCavg=
(1 − 0,9)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
0,1
=
=
= 9090,9y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
1
1
1
+
10288,1𝑦 9090,9𝑦
= 4826,3𝑦
90%
90%
90%
90%
+
+
+
10288,1 10288,1 9090,9 9090,9
1
1
1
1
+
+
+
10288,1 10288,1 9090,9 9090,9
= 90%
Kategorie
Hinweis
Diese Struktur ist maximal bis Kategorie 3 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
147
Schaltungsbeispiele
2.24 ESTOP Funktion (Kategorie 3, PL d)
Der Not-Halt-Taster ist mit zwei Öffnerkontakten auf eine sichere Eingangsklemme EL1904 verbunden.
Die Testung der beiden Signale ist ausgeschaltet. Diese Signale werden innerhalb des ESTOP Bausteins
auf Diskrepanz überprüft. Der Restart und das Rückführsignal der Schütze K1 und K2 sind auf StandardKlemmen verdrahtet und werden über die Standard-SPS an TwinSAFE übergeben. Weiterhin werden der
Ausgang des Funktionsbausteins ESTOP und das Rückführsignal auf einen EDM-Baustein verdrahtet.
Dieser prüft, dass das Rückführsignal innerhalb der eingestellten Zeiten den gegengesetzten Zustand
des ESTOP-Ausgangs einnimmt.
Die Schütze K1 und K2 sind auf unterschiedliche Ausgangskanäle verdrahtet. Die Anschlüsse A2 der
beiden Schütze sind auf die EL2904 zurückgeführt. Für diese Beschaltung ist die Strommessung der
Ausgangskanäle abgeschaltet. Die Testung der Ausgänge ist ebenfalls nicht aktiv.
K1
K2
Not-Halt Taster
S1
Restart
S2
Logische Verbindung
in der EL6900
K1
K2
148
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.24.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen (SIL 2)
EL1904 (für alle verwendeten EL1904 gültig)
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Nein
Nein
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Nein
Nein
2.24.2 Blockbildung und Safety-Loops
2.24.2.1 Block 1
K1
S1
EL1904
EL6900
EL2904
K2
2.24.3 Berechnung
2.24.3.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
S1 – B10d
100.000
S2 – B10d
10.000.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
149
Schaltungsbeispiele
2.24.3.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1 mit Plausibilität
DCavg=90%
K1/K2 mit EDM Überwachung (Betätigung
1/Woche und Auswertung aller steigenden und
fallenden Flanken mit zeitlicher Überwachung)
ohne Testung der einzelnen Kanäle
DCavg=90%
2.24.3.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
= 21,90
100000
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 0,1∗21,90 = 45662,1y = 399999120h
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 593607,3y = 5199997320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass S1, K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,90
= 2,50E − 10
45662,1 ∗ 8760
K1/K2: Betätigung 1/Woche und indirektes zurücklesen
𝑃𝐹𝐻 =
150
1 − 0,90
= 1,92E − 11
593607,3 ∗ 8760
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Der Sicherheitsschalter S1: Laut BIA-Report 2/2008 ist ein Fehlerausschluss bis 100 000 Zyklen möglich,
sofern eine Herstellerbestätigung vorliegt. Liegt dieser nicht vor, geht S1 wie folgt in die Rechnung ein.
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser β–
Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(S1) + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + β* (PFH(K1)+
PFH(K2))/2
zu:
PFHges= 2,50E-10+1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 10%* (1,92E-11+1,92E-11)/2
= 3,64E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
1
+
(𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
= 45662,1y
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (K1) =
𝐵10𝑑 (𝐾1)
= 593607,3y
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904, EL2904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
151
Schaltungsbeispiele
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
=
= 1028,8y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108,6y
1
h
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913,2y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
MTTFd ges=
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
45662,1𝑦 1028,8𝑦 1108,6𝑦 913,2𝑦 593607,3𝑦
90%
99%
99%
99%
90%
90%
+
+
+
+
1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
45662,1 1028,8 1108,6 913,2 593607,3 593607,3
+
DCavgs= 45662,1
1
= 334,1𝑦
= 98,92%
Kategorie
VORSICHT
Diese Struktur ist durch einen möglichen schlafenden Fehler nur bis maximal Kategorie
3 möglich.
Da bei dieser Anwendung die Klemme EL2904 nur SIL2 hat, hat die gesamte Kette nur
SIL2!
Weitere Maßnahmen zum Erreichen der Kategorie 3!
VORSICHT
Diese Struktur ist bis maximal Kategorie 3 möglich. Um die Kategorie 3 zu erreichen,
muss in der Steuerung zur Erwartungshaltung des Rücklesens alle steigenden und
fallenden Flanken zusammen mit der Zeitabhängigkeit ausgewertet werden!
Dies wird über den implementierten EDM Baustein realisiert.
Wiederanlaufsperre in der Maschine implementieren!
VORSICHT
152
Die Wiederanlaufsperre ist NICHT Teil der Sicherheitskette und muss in der Maschine
implementiert werden!
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
153
Schaltungsbeispiele
2.25 Überwachung Drehzahl
Die Drehzahl eines Antriebes soll überwacht werden. Dieser Antrieb hat eine Sicherheitsfunktion (hier
z.B. STO), welcher über einen entsprechenden Eingang aktiviert wird. Dieser Eingang wird über jeweils
einen Arbeitskontakt zweier Schütze geführt.
Die Positions- und Geschwindigkeitssignale werden über 2 unterschiedliche Kommunikationswege zur
Logik EL6910 übertragen und dort entsprechend der dargestellten Logik verarbeitet. Der Sin/Cos
Encoder wird auf eine EL5021 verdrahtet und die Positionsinformation wird über eine SIL2
Kommunikation über EtherCAT übermittelt. Die Geschwindigkeit des Antriebs wird über die Standard
PROFINET-Kommunikation und die Standard SPS ebenfalls an die Logik EL6910 übergeben.
Innerhalb der sicherheitsgerichteten Logik EL6910 wird aus dem Positionswert eine Geschwindigkeit (FB
Speed) berechnet. Die Geschwindigkeit des Antriebs wird über den FB Scale skaliert, so dass der Wert
zu der berechneten Geschwindigkeit passt. Diese beiden Geschwindigkeitswerte werden über einen FB
Compare auf Gleichheit überprüft und über einen FB Limit auf einen Maximalwert überwacht. Da die
beiden Geschwindigkeitswerte (einmal direkt und einmal in der sicherheitsgerichteten Logik EL6910
berechnet) zu keiner Zeit eine hundertprozentige Gleichheit aufweisen, muss die Differenz der beiden
Geschwindigkeitswerte innerhalb des Toleranzbandes von 10% liegen, um die Bedingung der Gleichheit
noch zu erfüllen. Ist der aktuelle Geschwindigkeitswert unterhalb der im FB Limit festgelegten Grenze,
wird der STO Ausgang auf logisch 1 gesetzt und der Antrieb kann drehen. Ist die Grenze überschritten
oder schlägt der Vergleich fehlt, wird der Ausgang auf logisch 0 gesetzt und der Antrieb wird
momentenfrei geschaltet bzw. die im Antrieb integrierte Sicherheitsfunktion aktiviert. Die gesamte
Berechnung und Skalierung wird in der sicherheitsgerichteten Logik EL6910 auf dem Sicherheitsniveau
SIL3 / PL e durchgeführt. Mit dieser Methode wird aus zwei nicht sicherheitsgerichteten Signalen ein
sicherheitsgerichtetes Ergebnis erzeugt.
Über einen ESTOP Baustein wird zusätzlich eine Nothalt-Funktion implementiert (der Übersichtlichkeit
halber nicht in der Graphik dargestellt), welche den Wiederanlauf verhindert und auch die Schützkontrolle
für K1 und K2 übernimmt.
Aufbau
24Vdc
PC Steuerung
Feldbus z.B. PROFInet
K2
STO
Speed
Feldbus z.B. EtherCAT
Standard Kommunikation Speed
EL6910
K1
K1
K2
Antrieb
Logik siehe unten
SIL2 Kommunikation EL5021
Positionswert
Motor
154
Encoder
Sin/Cos 1Vss
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Strukturbild Aufbau
Encoder
Motor
EL5021
PC
BlackChannel
Encodersignal
Motorwelle
Antrieb
EL6910
EL2904
Aktor
Standard Feldbus
Ist-Geschwindigkeit
Motorleitung
Logik
SIL2 Communication –
Position value
STO - Drive
Standard Communication Speed
x
y
z
Restart
Estop In1
Estop In2
STO - Antrieb
K1/K2
Rückführung K1/K2
500
1500
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
155
Schaltungsbeispiele
2.25.1 Struktur und Diagnose
Die eingelesenen Signale vom Antrieb und vom Geber sind Standard Signale, die dynamisch und
unterschiedlich sind. Der Antrieb liefert einen Geschwindigkeitswert, der Encoder liefert ein sin/cos
Signal, welches von einer Standardklemme ausgewertet wird und in ein sicheres Telegramm (FSoE mit
geändertem Polynom) verpackt und übertragen wird. Diese Klemme (EL5021) liefert einen Positionswert,
der innerhalb der sicheren Logik auf einen Geschwindigkeitswert umgerechnet wird und dann skaliert und
mit dem Geschwindigkeitswert des Antriebs verglichen wird. Gleichheit bedeutet in diesem Fall, dass das
Differenzsignal in dem Toleranzfenster von 10% liegt.
Die Übermittlung des Encoder Signals über den Standard-Feldbus wird über das Black-Channel Prinzip
durchgeführt. Dieser Wert wird mit der Antriebsgeschwindigkeit, die über den Standard-Feldbus
übermittelt wird, plausibilisiert. Fehler in einem der beiden Kanäle werden über den Vergleich der beiden
diversitären Geschwindigkeits- bzw. Positionssignale innerhalb der sicheren Logik erkannt und führen zur
Aktivierung von STO des Antriebs.
2.25.2 FMEA
Fehlerannahme
Geschwindigkeitswert über
PROFINET oder PROFINET
selbst friert ein
Geschwindigkeitswert über
EtherCAT und SIL2
Kommunikation friert ein
Geschwindigkeitswerte werden
in der Standard SPS
aufeinander kopiert
Geschwindigkeitswert über
PROFINET wird verfälscht
Verbindung zwischen Motor und
Encoder ist nicht mehr gegeben
Encoder liefert falschen
Positionswert
Antrieb liefert falschen
Geschwindigkeitswert
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Verfälschung
156
Erwartungshaltung
Wird über den zweiten Wert und die Plausibilisierung in
der EL6910 erkannt (anderer Feldbus und SIL2
Kommunikation zwischen EL5021 und EL6910).
Zusätzlich sollte für die Drehzahl 0 der StandardKommunikations-Watchdog aktiviert sein.
Wird über den Watchdog innerhalb der SIL2
Kommunikation erkannt.
Plausibilitätsprüfung: Wenn der Motor gestartet wird,
werden auch dynamische Geschwindigkeitswerte
erwartet.
Ein verfälschter Wert innerhalb der SIL 2
Kommunikation führt zu einer ungültigen CRC innerhalb
des Telegramms und damit zur sofortigen Abschaltung
der Gruppe und der Ausgänge
Die Datentypen der beiden Geschwindigkeitswerte
haben eine unterschiedliche Länge (z.B. 4 Byte und 11
Byte)
Wird über den zweiten Wert und die Plausibilisierung in
der EL6910 erkannt (anderer Feldbus und SIL2
Kommunikation zwischen EL5021 und EL6910)
Wird über die Plausibilisierung mit dem
Geschwindigkeitswert des Antriebs innerhalb der
EL6910 erkannt.
Plausibilitätsprüfung: Wenn der Motor gestartet wird,
werden auch dynamische Geschwindigkeitswerte
erwartet.
Wird über die Plausibilisierung mit dem
Geschwindigkeitswert des Antriebs innerhalb der
EL6910 erkannt
Wird über den zweiten Wert und die Plausibilisierung in
der EL6910 erkannt (anderer Feldbus und SIL2
Kommunikation zwischen EL5021 und EL6910)
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
Überprüft
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Fehlerannahme
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Unbeabsichtigte Wiederholung
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Falsche Abfolge
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Verlust
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Inakzeptable Verzögerung
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Einfügung
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Maskerade
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Adressierung
Kommunikationsfehler für
Standard-Kommunikation:
Wiederkehrende Speicherfehler
in Switches
Erwartungshaltung
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt. Zusätzlich sollte für die
Drehzahl 0 der Standard-Kommunikations-Watchdog
aktiviert sein.
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
Überprüft
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt. Zusätzlich sollte für die
Drehzahl 0 der Standard-Kommunikations-Watchdog
aktiviert sein.
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
nicht relevant für Standard, sondern nur für Safety
Kommunikation.
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
2.25.2.1 Anmerkung SIL2 Kommunikation:
Die SIL2 Kommunikation verwendet die identischen Mechanismen zur Fehleraufdeckung, wie die Safetyover-EtherCAT Kommunikation mit dem Unterschied, dass zur Berechnung der Prüfsumme eine anderes
Polynom verwendet wird, welches hinreichend unabhängig von dem bisher für Safety-over-EtherCAT
verwendetem Polynom ist.
Es sind die identischen Mechanismen aktiv, wie z.B. Black-Channel Prinzip (Bitfehlerwahrscheinlichkeit
10-2).
Die Qualität der Datenübertragung ist nicht entscheidend, da letztendlich über den Vergleich in der
sicheren Logik alle Übertragungsfehler aufgedeckt werden, da diese zur Ungleichheit führen würden.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
157
Schaltungsbeispiele
2.25.3 Parameter der sicheren Ausgangsklemme
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
2.25.4 Blockbildung und Safety-Loops
2.25.4.1 Sicherheitsfunktion 1
Antrieb
K1
EL6910
Encoder
EL2904
EL5021
K2
2.25.5 Berechnung
2.25.5.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
Antrieb – MTBF
516.840 (59a)
Encoder – MTTF
549.149
EL5021 - MTBF (55°C)
1.205.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.25.5.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
Antrieb und Encoder mit EL5021 und Plausibilität
innerhalb der Logik
DCavg=90% (Alternativ in Berechnung: 99%)
K1/K2 mit EDM Überwachung (Betätigung
1/Woche und Auswertung aller steigenden und
fallenden Flanken mit zeitlicher Überwachung)
mit Testung der einzelnen Kanäle
DCavg=99%
158
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.25.5.3 Berechnung Sicherheitsfunktion 1
Zur Verdeutlichung wird der Sicherheitskennwert sowohl nach EN62061 als auch nach EN 13849
berechnet. In der Praxis ist die Berechnung nach einer Norm ausreichend.
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den MTBF-Werten:
Anmerkung: Reparaturzeiten können vernachlässigt werden, daher gilt:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 2 ∗ 𝑀𝑇𝐵𝐹
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
mit
𝜆𝑑 ≈
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
0,1
=
𝑇10𝑑
𝐵10𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
Eingesetzt ergibt das:
Antrieb:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 2 ∗ 𝑀𝑇𝐵𝐹 = 2 ∗ 59 = 1.033.680 ℎ = 118𝑦
𝑃𝐹𝐻 =
1 − DC
1 − 0,9
=
= 9,67E − 08
MTTFd 1.033.680 ℎ
Encoder:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 2 ∗ 𝑀𝑇𝑇𝐹 = 2 ∗ 549149 = 1.098.298 ℎ = 125𝑦
𝑃𝐹𝐻 =
1 − DC
1 − 0,9
=
= 9,10E − 08
MTTFd 1.098.298 ℎ
EL5021:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 2 ∗ 𝑀𝑇𝐵𝐹 = 2 ∗ 1.205.000 ℎ = 2.410.000 ℎ = 275𝑦
𝑃𝐹𝐻 =
1 − DC
1 − 0,9
=
= 4,15E − 08
MTTFd 2.410.000 ℎ
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
159
Schaltungsbeispiele
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 593607y = 5.199.997.320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
K1/K2: Betätigung 1/Woche und direktes zurücklesen
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,92E − 12
593607,3 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser β–
Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(Encoder) + PFH(EL5021) + PFH(Antrieb) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904)
+ β* (PFH(K1)+ PFH(K2))/2 + (PFH(K1)* PFH(K2))*T1
Da der Anteil (PFH(K1)* PFH(K2))*T1 um Zehnerpotenzen kleiner ist, als der Rest, wird er als
Vereinfachung in dieser und allen weiteren Berechnungen nicht berücksichtigt.
zu:
PFHges=
9,10E-08 + 4,15E-08 +
10%*(1,92E-12+1,92E-12)/2
= 2,315E-07
9,67E-08
+
1,03E-09
+
1,25E-09
+
Gemäß EN 62061 Tab. 3 entspricht dieser Wert SIL2.
Alternative Berechnung des MTTFd-Wertes nach EN13849 für Sicherheitsfunktion 1 (unter der gleichen
Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
=
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿5021) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐴𝑛𝑡𝑟𝑖𝑒𝑏)
1
1
1
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
mit:
160
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Sind für EL1904, EL2904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 1h ∗ 8760 hy
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 =
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
1
1
1
1
1
+ 275 + 118 + 1108 + 913 + 593607
125
= 45𝑦
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
+
+
+
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿5021) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐴𝑛𝑡𝑟𝑖𝑒𝑏) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿2904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾2)
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿5021) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐴𝑛𝑡𝑟𝑖𝑒𝑏) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿2904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾2)
0,9
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
1
125
1
125
+
+
0,9
275
1
+
275
+
0,9
118
1
+
118
+
0,99
1108
1
+
1108
+
0,99
913
1
913
+
+
0,99
593607
1
593607
+
+
0,99
593607
1
=
593607
0,02
= 90,9%
0,022
Alternativ mit DC=99%
0,99
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
125
1
125
+
+
0,99
275
1
275
+
+
0,99
118
1
118
+
+
0,99
1108
1
1108
+
+
0,99
913
1
913
+
+
0,99
593607
1
593607
+
+
0,99
593607
1
593607
=
0,0219
= 99,5%
0,022
Kategorie
Diese Struktur ist bis maximal Kategorie 3 möglich.
VORSICHT
Stillstand
WARNUNG
Im Stillstand des Motors wird ein Fehler, wie z.B. das Einfrieren eines EncoderSignales erst mit Anforderung einer Bewegung detektiert. Dies muss durch den
Maschinenbauer bzw. Anwender berücksichtigt werden.
Wiederanlaufsperre in der Maschine implementieren!
VORSICHT
Die Wiederanlaufsperre ist NICHT Teil der Sicherheitskette und muss in der Maschine
implementiert werden!
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
161
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Alternative mit DC=99% für das Eingangs-Subsystem:
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
162
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Sicherheits-Integritätslevel entspr. Tab. 3 EN62061
Sicherheits-Integritätslevel
Warscheinlichkeit eines gefahrbringenden
Ausfalls pro Stunde (PFHD)
3
≥ 10-8 bis < 10-7
2
≥ 10-7 bis < 10-6
1
≥ 10-6 bis < 10-5
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
163
Schaltungsbeispiele
2.26 Überwachung Drehzahl (über IO-Link)
Die Drehzahl eines Antriebes soll überwacht werden. Dieser Antrieb hat eine Sicherheitsfunktion (hier
z.B. STO), welcher über einen entsprechenden Eingang aktiviert wird. Dieser Eingang wird über jeweils
einen Arbeitskontakt zweier Schütze geführt.
Die Geschwindigkeitssignale werden über 2 unterschiedliche Arten zur Logik EL6910 übertragen und dort
entsprechend der dargestellten Logik verarbeitet. Der IO-Link Encoder wird auf eine EL6224 verdrahtet
und die Geschwindigkeitsinformation wird über eine SIL2 Kommunikation über z.B. PROFINET
übermittelt. Die Geschwindigkeit des Antriebs wird über die Standard PROFINET Kommunikation und die
Standard SPS ebenfalls an die Logik EL6910 übergeben.
Innerhalb der sicherheitsgerichteten Logik EL6910 werden die beiden Geschwindigkeiten über den FB
Scale skaliert, so dass die Werte zueinander passen. Diese beiden Geschwindigkeitswerte werden über
einen FB Compare auf Gleichheit überprüft und über einen FB Limit auf einen Maximalwert überwacht.
Da die beiden Geschwindigkeitswerte zu keiner Zeit eine 100 prozentige Gleichheit aufweisen, muss die
Differenz der beiden Geschwindigkeitswerte innerhalb des Toleranzbandes von 10% liegen, um die
Bedingung der Gleichheit noch zu erfüllen. Ist der aktuelle Geschwindigkeitswert unterhalb der im FB
Limit festgelegten Grenze, wird der STO Ausgang auf logisch 1 gesetzt und der Antrieb kann drehen. Ist
die Grenze überschritten oder schlägt der Vergleich fehlt, wird der Ausgang auf logisch 0 gesetzt und der
Antrieb wird momentenfrei geschaltet bzw. die im Antrieb integrierte Sicherheitsfunktion aktiviert. Die
gesamte Berechnung und Skalierung wird in der sicherheitsgerichteten Logik EL6910 auf dem
Sicherheitsniveau SIL3 / PL e durchgeführt. Mit dieser Methode wird aus zwei nicht sicherheitsgerichteten
Signalen ein sicherheitsgerichtetes Ergebnis erzeugt.
Über einen ESTOP Baustein wird zusätzlich eine Nothalt-Funktion implementiert (der Übersichtlichkeit
halber nicht in der Graphik dargestellt), welche den Wiederanlauf verhindert und auch die Schützkontrolle
für K1 und K2 übernimmt.
Aufbau IO-Link
24Vdc
PC Steuerung
Feldbus z.B. PROFInet
K2
STO
Speed
Feldbus z.B. EtherCAT
Standard Kommunikation Speed
SIL2 Kommunikation –
Speed
EL6224
IO-Link Master
Antrieb
EL6910
K1
K1
K2
Logik siehe unten
Standard Kommunikation –
Speed über IO-link
Motor
164
Encoder
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Strukturbild Aufbau
Encoder
Motor
EL6224
PC
BlackChannel
Geschwindigkeit
Motorwelle
Antrieb
EL6910
EL2904
Aktor
Standard Feldbus
Ist-Geschwindigkeit
Motorleitung
Logik IO-link
SIL2 Communication –
Speed
STO - Drive
Standard Communication Speed
x
y
z
Restart
Estop In1
Estop In2
STO - Antrieb
K1/K2
Rückführung K1/K2
500
1500
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
165
Schaltungsbeispiele
2.26.1 Struktur und Diagnose
Die eingelesenen Signale vom Antrieb und vom Geber sind Standard Signale, die jedoch sehr
unterschiedlich sind. Der Antrieb liefert einen Geschwindigkeitswert, der Encoder liefert ein IO-Link
Signal, welches von einer Standardklemme ausgewertet wird und in ein sicheres Telegramm (FSoE mit
geändertem Polynom) verpackt und übertragen wird. Diese Klemme (EL6224) liefert einen
Geschwindigkeitswert, der innerhalb der sicheren Logik skaliert wird und mit dem Geschwindigkeitswert
des Antriebs verglichen wird. Gleichheit bedeutet in diesem Fall, dass das Differenzsignal in dem
Toleranzfenster von 10% liegt.
Die Übermittlung des IO-Link Encoder Signals über den Standard-Feldbus wird über das Black-Channel
Prinzip durchgeführt. Dieser Wert wird mit der Antriebsgeschwindigkeit, die über den Standard-Feldbus
übermittelt wird plausibilisiert. Fehler in einem der beiden Kanäle werden sofort innerhalb der sicheren
Logik erkannt und führen zur Aktivierung von STO des Antriebs.
2.26.2 FMEA
Fehlerannahme
Geschwindigkeitswert über
PROFINET oder PROFINET
selbst friert ein
Geschwindigkeitswert über
EtherCAT und SIL2
Kommunikation friert ein
Geschwindigkeitswerte werden
in der Standard SPS
aufeinander kopiert
Geschwindigkeitswert über
PROFINET wird verfälscht
Verbindung zwischen Motor und
Encoder ist nicht mehr gegeben
Encoder liefert falschen
Positionswert
Antrieb liefert falschen
Geschwindigkeitswert
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Verfälschung
166
Erwartungshaltung
Wird über den zweiten Wert und die Plausibilisierung in
der EL6910 erkannt (SIL2 Kommunikation zwischen
EL6224 und EL6910).
Zusätzlich sollte für die Drehzahl 0 der StandardKommunikations-Watchdog aktiviert sein.
Wird über den Watchdog innerhalb der SIL2
Kommunikation erkannt.
Plausibilitätsprüfung: Wenn der Motor gestartet wird,
werden auch dynamische Geschwindigkeitswerte
erwartet.
Ein verfälschter Wert innerhalb der SIL 2
Kommunikation führt zu einer ungültigen CRC innerhalb
des Telegramms und damit zur sofortigen Abschaltung
der Gruppe und der Ausgänge
Die Datentypen der beiden Geschwindigkeitswerte
haben eine unterschiedliche Länge (z.B. 4 Byte und 11
Byte)
Wird über den zweiten Wert und die Plausibilisierung in
der EL6910 erkannt (SIL2 Kommunikation zwischen
EL6224 und EL6910)
Wird über die Plausibilisierung mit dem
Geschwindigkeitswert des Antriebs innerhalb der
EL6910 erkannt
Plausibilitätsprüfung: Wenn der Motor gestartet wird,
werden auch dynamische Geschwindigkeitswerte
erwartet.
Wird über die Plausibilisierung mit dem
Geschwindigkeitswert des Antriebs innerhalb der
EL6910 erkannt
Wird über den zweiten Wert und die Plausibilisierung in
der EL6910 erkannt (SIL2 Kommunikation zwischen
EL6224 und EL6910)
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
Überprüft
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Fehlerannahme
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Unbeabsichtigte Wiederholung
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Falsche Abfolge
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Verlust
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Inakzeptable Verzögerung
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Einfügung
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Maskerade
Kommunikationsfehler 61784-3
für Standard-Kommunikation:
Adressierung
Kommunikationsfehler für
Standard-Kommunikation:
Wiederkehrende Speicherfehler
in Switches
Erwartungshaltung
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt. Zusätzlich sollte für die
Drehzahl 0 der Standard-Kommunikations-Watchdog
aktiviert sein.
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
Überprüft
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt. Zusätzlich sollte für die
Drehzahl 0 der Standard-Kommunikations-Watchdog
aktiviert sein.
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
nicht relevant für Standard-, sondern nur für SafetyKommunikation.
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
Wird über die Plausibilisierung der
Geschwindigkeitswerte mit der SIL2 Kommunikation
innerhalb der EL6910 erkannt
2.26.2.1 Anmerkung SIL2 Kommunikation:
Die SIL2 Kommunikation verwendet die identischen Mechanismen zur Fehleraufdeckung, wie die Safetyover-EtherCAT Kommunikation mit dem Unterschied, dass zur Berechnung der Prüfsumme eine anderes
Polynom verwendet wird, welches hinreichend unabhängig von dem bisher für Safety-over-EtherCAT
verwendetem Polynom ist.
Es sind die identischen Mechanismen aktiv, wie z.B. Black-Channel Prinzip (Bitfehlerwahrscheinlichkeit
10-2).
Die Qualität der Datenübertragung ist nicht entscheidend, da letztendlich über den Vergleich in der
sicheren Logik alle Übertragungsfehler aufgedeckt werden, da diese zur Ungleichheit führen würden.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
167
Schaltungsbeispiele
2.26.3 Parameter der sicheren Ausgangsklemme
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Ja
Ja
2.26.4 Blockbildung und Safety-Loops
2.26.4.1 Sicherheitsfunktion 1
Antrieb
K1
EL6910
Encoder
EL2904
EL6224
K2
2.26.5 Berechnung
2.26.5.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
Antrieb – MTBF
516.840 (59y)
Encoder – MTTF
1.208.880 (138y)
EL6224 - MTBF (55°C)
1.200.000
K1 – B10d
1.300.000
K2 – B10d
1.300.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
10080 (1x pro Woche)
Lebenszeit (T1)
20Jahre = 175200 Stunden
2.26.5.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
Antrieb und Encoder mit EL6224 und Plausibilität
innerhalb der Logik
DCavg=90% (Alternativ in Berechnung: 99%)
K1/K2 mit EDM Überwachung (Betätigung
1/Woche und Auswertung aller steigenden und
fallenden Flanken mit zeitlicher Überwachung)
mit Testung der einzelnen Kanäle
DCavg=99%
168
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
2.26.5.3 Berechnung Sicherheitsfunktion 1
Zur Verdeutlichung wird der Sicherheitskennwert sowohl nach EN62061 als auch nach EN 13849
berechnet. In der Praxis ist die Berechnung nach einer Norm ausreichend.
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
Aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den MTBF-Werten:
Anmerkung: Reparaturzeiten können vernachlässigt werden, daher gilt:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 2 ∗ 𝑀𝑇𝐵𝐹
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
mit
𝜆𝑑 ≈
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
0,1
=
𝑇10𝑑
𝐵10𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
Eingesetzt ergibt das:
Antrieb:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 2 ∗ 𝑀𝑇𝐵𝐹 = 2 ∗ 59 = 1.033.680 ℎ = 118𝑦
𝑃𝐹𝐻 =
1 − DC
1 − 0,9
=
= 9,67E − 08
MTTFd 1.033.680 ℎ
Encoder:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 2 ∗ 𝑀𝑇𝑇𝐹 = 2 ∗ 549149 = 1.208.880ℎ = 138𝑦
𝑃𝐹𝐻 =
1 − DC
1 − 0,9
=
= 8,27E − 08
MTTFd 1.208.880 ℎ
EL6224:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 = 2 ∗ 𝑀𝑇𝐵𝐹 = 2 ∗ 1.200.000 ℎ = 2.400.000 ℎ = 273𝑦
𝑃𝐹𝐻 =
1 − DC
1 − 0,9
=
= 4,17E − 08
MTTFd 2.400.000 ℎ
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
169
Schaltungsbeispiele
K1/K2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
10080
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 21,90
1300000
= 593607y = 5.199.997.320h
0,1 ∗ 21,90
und der Annahme, dass K1 und K2 jeweils einkanalig sind:
K1/K2: Betätigung 1/Woche und direktes zurücklesen
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,92E − 12
593607,3 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Relais K1 und K2 sind beide an der Sicherheitsfunktion angeschlossen. Ein Nicht-Funktionieren eines
Relais führt nicht zu einer gefährlichen Situation, wird aber durch die Rücklesung aufgedeckt. Weiterhin
sind die B10d-Werte für K1 und K2 identisch.
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser β–
Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= PFH(Encoder) + PFH(EL6224) + PFH(Antrieb) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904)
+ β* (PFH(K1)+ PFH(K2))/2 + (PFH(K1)* PFH(K2))*T1
Da der Anteil (PFH(K1)* PFH(K2))*T1 um Zehnerpotenzen kleiner ist, als der Rest, wird er als
Vereinfachung in dieser und allen weiteren Berechnungen nicht berücksichtigt.
zu:
PFHges=
8,27E-08 + 4,17E-08 +
10%*(1,92E-12+1,92E-12)/2
= 2,234E-07
9,67E-08
+
1,03E-09
+
1,25E-09
+
Gemäß EN 62061 Tab. 3 entspricht dieser Wert SIL2.
Alternative Berechnung des MTTFd-Wertes nach EN13849 für Sicherheitsfunktion 1 (unter der gleichen
Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿6224) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐴𝑛𝑡𝑟𝑖𝑒𝑏) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900)
1
1
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904) (𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1))
170
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
mit:
Sind für EL1904, EL2904 und EL6900 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 1108y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E − 06 1y
1,03E − 09 1h ∗ 8760 hy
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
=
= 913y
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 1h ∗ 8760 hy
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 =
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
1
1
1
1
1
+ 273 + 118 + 1108 + 913 + 593607
138
= 46𝑦
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
𝐷𝐶
+
+
+
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6224) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐴𝑛𝑡𝑟𝑖𝑒𝑏) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿2904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾2)
1
1
1
1
1
1
1
+
+
+
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6224) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐴𝑛𝑡𝑟𝑖𝑒𝑏) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿2904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾1) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐾2)
0,9
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
1
138
1
138
+
+
0,9
273
1
+
273
+
0,9
118
1
+
118
+
0,99
1108
1
+
1108
+
0,99
913
1
913
+
+
0,99
593607
1
593607
+
+
0,99
593607
1
=
593607
0,0194
= 90,65%
0,0214
Alternativ mit DC=99%
0,99
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔𝑠 =
138
1
138
+
+
0,99
273
1
273
+
+
0,99
118
1
118
+
+
0,99
1108
1
1108
+
+
0,99
913
1
913
+
+
0,99
593607
1
593607
+
+
0,99
593607
1
593607
=
0,0212
= 99,07%
0,0214
Kategorie
Diese Struktur ist bis maximal Kategorie 3 möglich.
VORSICHT
Stillstand
WARNUNG
Im Stillstand des Motors wird ein Fehler, wie z.B. das Einfrieren eines EncoderSignales erst mit Anforderung einer Bewegung detektiert. Dies muss durch den
Maschinenbauer bzw. Anwender berücksichtigt werden.
Wiederanlaufsperre in der Maschine implementieren!
VORSICHT
Die Wiederanlaufsperre ist NICHT Teil der Sicherheitskette und muss in der Maschine
implementiert werden!
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
171
Schaltungsbeispiele
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Alternative mit DC=99% für das Eingangs-Subsystem:
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
Bereich
kein
DC < 60 %
niedrig
60 % ≤ DC < 90 %
mittel
90 % ≤ DC < 99 %
hoch
99 % ≤ DC
Für die praktische Anwendbarkeit wurde die Zahl der Bereiche auf vier beschränkt. Für die gezeigten
Grenzwerte dieser Tabelle wird eine Genauigkeit von 5 % angenommen.
Kategorie
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
172
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Sicherheits-Integritätslevel entspr. Tab. 3 EN62061
Sicherheits-Integritätslevel
Warscheinlichkeit eines gefahrbringenden
Ausfalls pro Stunde (PFHD)
3
≥ 10-8 bis < 10-7
2
≥ 10-7 bis < 10-6
1
≥ 10-6 bis < 10-5
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
173
Schaltungsbeispiele
2.27 STO-Funktion mit EL72x1-9014 (Kat. 3, PL d)
Das folgende Applikationsbeispiel zeigt wie die EL72x1-9014 zusammen mit einer EL2904 beschaltet
werden kann, um eine STO Funktion nach EN 61800-5-2 zu realisieren.
Eine Schutztür (S1 und S2) und ein Restart Signal (S3) werden logisch auf einen ESTOP Baustein
verknüpft. Das EStopOut Signal wird an die NC Steuerung übergeben, mit der z.B. das Enable Signal der
EL72x1-9014 geschaltet werden kann. Über den verzögerten Ausgang EStopDelOut wird der STOEingang der EL72x1-9014 bedient. Die EL72x1-9014 liefert über die Standard-Steuerung eine
Information, dass die STO Funktion aktiv ist. Diese Information wird an den EDM Eingang des ESTOP
Bausteins und zusätzlich an den EDM Baustein übergeben, um eine Erwartungshaltung für dieses Signal
zu generieren.
Steuerung PLC / NC
logische Verknüpfung
in der PLC / NC
Restart
S3
logische Verknüpfung
in der EL69xx
Opened
S1
STO active -> EDM
S2
EStopOut -> NC
Closed
EStopDelOut -> STO
NC -> Drive Disable
Feedback
M
3~
EL2904
EL72x1-9014
STO-Signal
174
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Wiederanlaufsperre in der Maschine implementieren!
VORSICHT
Die Wiederanlaufsperre ist NICHT Teil der Sicherheitskette und muss in der Maschine
implementiert werden!
Liefert die Risikoanalyse das Ergebnis, dass ein Wiederanlauf in der
Sicherheitssteuerung zu realisieren ist, muss der Restart auch auf einen sicheren
Eingang gelegt werden.
Verdrahtung nur Schaltschrank-intern
WARNUNG
Die Verdrahtung zwischen der EL2904 und dem STO-Eingang der EL72x1-9014 muss
sich im selben Schaltschrank befinden, um einen Fehlerausschluss für den
Querschluss bzw. Fremdeinspeisung der Verdrahtung zwischen EL2904 und EL72x19014 annehmen zu dürfen.
Die Bewertung dieser Verdrahtung und die Bewertung, ob der Fehlerausschluss
zulässig ist, muss durch den Maschinenbauer bzw. Anwender erfolgen.
Berechnung EL72x1-9014
Hinweis
In der Berechnung des Performance Levels DIN EN ISO 13849-1 wird die EL72x19014 nicht berücksichtigt, da sie sich rückwirkungsfrei gegenüber der
Sicherheitsfunktion verhält. In der Berechnung nach der EN 62061 geht der PFH Wert
mit einem Wert von 0 ein.
2.27.1 Parameter der sicheren Ein- und Ausgangsklemmen
EL1904
Parameter
Sensortest Kanal 1 aktiv
Sensortest Kanal 2 aktiv
Sensortest Kanal 3 aktiv
Sensortest Kanal 4 aktiv
Logik Kanal 1 und 2
Logik Kanal 3 und 4
Wert
Ja
Ja
Ja
Ja
Single Logic
Single Logic
EL2904
Parameter
Strommessung aktiv
Testpulse des Ausgangs aktiv
Wert
Nein
Ja
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
175
Schaltungsbeispiele
2.27.2
Blockbildung und Safety-Loops
2.27.3 Sicherheitsfunktion 1
S1
EL72x1-9014
EL1904
EL6900
EL2904
S2
rückwirkungsfrei
2.27.4 Berechnung
2.27.4.1 PFH / MTTFd /B10d – Werte
Komponente
Wert
EL1904 – PFH
1,11E-09
EL2904 – PFH
1,25E-09
EL6900 – PFH
1,03E-09
EL72x1-9014 - PFH
0,00
S1 – B10d
1.000.000
S2 – B10d
2.000.000
Arbeitstage (dop)
230
Arbeitsstunden / Tag (hop)
16
Zykluszeit (Minuten) (Tzyklus)
15 (4x pro Stunde)
Lebenszeit (T1)
20 Jahre = 175200 Stunden
2.27.4.2 Diagnostic Coverage DC
Komponente
Wert
S1/S2 mit Testung/Plausibilität
DCavg=99%
EL2904 mit Testung
DCavg=99%
2.27.4.3 Berechnung Block 1
Berechnung der PFH-/ und MTTFd-Werte aus den B10d-Werten:
aus:
𝑛𝑜𝑝 =
𝑑𝑜𝑝 ∗ℎ𝑜𝑝 ∗60
𝑇𝑍𝑦𝑘𝑙𝑢𝑠
und:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
176
𝐵10𝑑
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Eingesetzt ergibt das:
S1:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 14720
1000000
0,1∗14720
= 679,3y = 5951087h
S2:
𝑛𝑜𝑝 =
230∗16∗60
15
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
= 14720
2000000
0,1∗14720
= 1358,7y = 11902174h
und der Annahme, dass S1 und S2 jeweils einkanalig sind:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 =
1
𝜆𝑑
ergibt sich für
𝑃𝐹𝐻 =
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝 ∗ (1 − 𝐷𝐶) 1 − DC
=
𝐵10𝑑
MTTFd
S1:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 1,68E − 9
679,3 ∗ 8760
S2:
𝑃𝐹𝐻 =
1 − 0,99
= 8,4E − 10
1358,7 ∗ 8760
Nun sind folgende Annahmen zu treffen:
Die Türschalter S1/S2 werden immer gegenläufig betätigt. Da die Schalter verschiedene Werte haben,
der vollständige Schutztürschalter aber aus einer Kombination von Öffner und Schließer besteht und
beide Schalter funktionieren müssen, kann man den schlechteren der beiden Werte (S1) für die
Kombination heranziehen!
Es gibt einen Kopplungsfaktor zwischen den Komponenten, die zweikanalig verschaltet sind. Beispiele
sind Temperatur, EMV, Spannungsspitzen oder Signale zwischen diesen Komponenten. Dieser wird als
Worst-Case-Abschätzung mit β =10% angenommen. Die EN 62061 enthält eine Tabelle, mit der dieser
β–Faktor genau bestimmt werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass alle üblichen Maßnahmen
getroffen werden, um zu verhindern, dass beide Kanäle gleichzeitig durch einen Fehler (wie z.B.
Überstrom durch Relais-Kontakte, Übertemperatur im Schaltschrank) unsicher ausfallen.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
177
Schaltungsbeispiele
Daraus folgt für die Berechnung des PFH-Wertes für Block 1:
PFHges= β* (PFH(S1)+ PFH(S2))/2 + PFH(EL1904) + PFH(EL6900) + PFH(EL2904) + PFH(EL7201-9014)
zu:
PFHges= 10%* (1,68E-09+1,68E-09)/2 +1,11E-09 + 1,03E-09 + 1,25E-09 + 0,00 = 3,558E-09
Die Berechnung des MTTFd-Wertes für Block 1 (unter der gleichen Annahme) berechnet sich mit:
𝑛
1
1
=∑
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠
𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 𝑛
𝑖=1
als:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 𝑔𝑒𝑠 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝑆1) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (𝐸𝐿1904) 𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (𝐸𝐿6900) 𝑀𝑇𝑇𝐹 𝑑 (2904)
mit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S1) =
𝐵10𝑑 (𝑆1)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (S2) =
𝐵10𝑑 (𝑆2)
0,1 ∗ 𝑛𝑜𝑝
Sind für EL1904, EL6900 und EL2904 nur PFH Werte vorhanden, gilt folgende Abschätzung:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (ELxxxx) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥))
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿𝑥𝑥𝑥)
Somit:
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL1904) =
(1 − 0,99)
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿1904))
0,01
=
= 1028,8y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿1904)
9,72E − 06 1y
1,11E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL6900) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿6900))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 1108,6y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿6900)
9,02E
− 06 1y
1,03E − 09 h ∗ 8760 y
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑 (EL2904) =
(1 − 𝐷𝐶(𝐸𝐿2904))
(1 − 0,99)
0,01
=
= 913,2y
1
h =
𝑃𝐹𝐻(𝐸𝐿2904)
1,1E − 05 1y
1,25E − 09 h ∗ 8760 y
1
𝑀𝑇𝑇𝐹𝑑𝑔𝑒𝑠 =
1
679,3𝑦
99%
𝐷𝐶𝑎𝑣𝑔 =
679,3
1
679,3
178
+
+
+
1
1028,8𝑦
99%
1358,7
1
1358,7
+
+
+
99%
1028,8
1
1028,8
1
1108,6𝑦
+
+
+
99%
1108,6
1
1108,6
1
= 225,2𝑦
913,2𝑦
+
+
99%
913,2
1
= 99,00%
913,2
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Schaltungsbeispiele
Kategorie
VORSICHT
Diese Struktur ist bis maximal Kategorie 3 möglich.
MTTFd
Bezeichnung für jeden Kanal
niedrig
mittel
hoch
Bereich für jeden Kanal
3 Jahre ≤ MTTFd < 10 Jahre
10 Jahre ≤ MTTFd < 30 Jahre
30 Jahre ≤ MTTFd ≤ 100 Jahre
DCavg
Bezeichnung
kein
niedrig
mittel
hoch
Kategorie
Bereich
DC < 60 %
60 % ≤ DC < 90 %
90 % ≤ DC < 99 %
99 % ≤ DC
B
1
2
2
3
3
4
kein
kein
niedrig
mittel
niedrig
mittel
hoch
niedrig
a
-
a
b
b
c
-
mittel
b
-
b
c
c
d
-
hoch
-
c
c
d
d
d
e
DC
MTTFd
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
179
Technischer Bericht TÜV Süd
3 Technischer Bericht TÜV Süd
180
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
Anhang
4 Anhang
4.1 Beckhoff Support und Service
Beckhoff und seine weltweiten Partnerfirmen bieten einen umfassenden Support und Service, der eine
schnelle und kompetente Unterstützung bei allen Fragen zu Beckhoff Produkten und Systemlösungen zur
Verfügung stellt.
Der Beckhoff Support und Service steht ihnen weltweit zur Verfügung und ist über Telefon, Fax oder EMail erreichbar. Die Kontaktadressen ihres Landes entnehmen Sie bitte der Liste der Beckhoff
Niederlassungen und Partnerfirmen.
Beckhoff Support
Der Support bietet Ihnen einen umfangreichen technischen Support, der Sie nicht nur bei dem Einsatz
einzelner Beckhoff Produkte, sondern auch bei weiteren umfassenden Dienstleistungen unterstützt:
 weltweiter Support
 Planung, Programmierung und Inbetriebnahme komplexer Automatisierungssysteme
 umfangreiches Schulungsprogramm für Beckhoff Systemkomponenten
Hotline:
Fax:
E-Mail:
+ 49 (0) 5246/963-157
+ 49 (0) 5246/963-9157
[email protected]
Beckhoff Service
Das Beckhoff Service Center unterstützt Sie rund um den After-Sales-Service:
 Vor-Ort-Service
 Reparaturservice
 Ersatzteilservice
 Hotline-Service
Hotline:
Fax:
E-Mail:
+ 49 (0) 5246/963-460
+ 49 (0) 5246/963-479
[email protected]
4.2 Beckhoff Firmenzentrale
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Hülshorstweg 20
33415 Verl
Germany
Telefon:
Fax:
E-Mail:
Web:
+ 49 (0) 5246/963-0
+ 49 (0) 5246/963-198
[email protected]
www.beckhoff.de
Weitere Support- und Service-Adressen entnehmen Sie bitte unseren Internetseiten unter
http://www.beckhoff.de. Dort finden Sie auch weitere Dokumentationen zu Beckhoff Komponenten.
Applikationshandbuch TwinSAFE - Version 1.7.0
181

Kanalträger 102 LS

EN ISO 13849-1

Stellenausschreibung Arbeitnehmerin/Arbeitnehmer in der

Presseinformation - PFH Private Hochschule Göttingen

Flyer Erziehungs- und Familienberatung des PFH

aktuellen Wochenblatt

PFH Pflaster-Fugenmörtel H - Quick-Mix

Schema zur Bridge Schaltung

Seminarflyer

st.antonius und elisabeth