Bosch rexroth ctrlX SAFETY SafeMotion Instructions for use

ctrlX SAFETY
"SafeMotion"
ctrlX DRIVEplus
– Original version –
Application Manual
R911404905,
Edition 02

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© Bosch Rexroth AG 2022
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DOK-XDRV**-SI-MX******-AP02-EN-P
DC-AE (SvAn, ThKl, ReBa)
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ctrlX SAFETY "SafeMotion"
Bosch Rexroth AG
R911404905,
Edition 02
Table of contents
1 About this documentation 7
2 Trademark information 9
3 Important directions on use 11
3.1 Intended use. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.1.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.1.2 Areas of use and application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 Unintended use. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4 Safety instructions for electric drive and control systems 13
4.1 Basic information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1.1 Using and passing on the safety instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1.2 Requirements for safe use. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1.3 Hazards due to incorrect use. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.2 Instructions with regard to specific dangers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.2.1 Protection against contact with electrical parts and housings. . . . . . 14
4.2.2 Protective extra-low voltage as protection against electric shock. . . . 16
4.2.3 Protection against dangerous movements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.2.4 Protection against electromagnetic and magnetic fields during opera-
tion and mounting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.5 Protection against contact with hot parts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.2.6 Protection during handling and mounting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.2.7 Battery safety. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.2.8 Protection against pressurized systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2.9 Explanation of signal words and the safety alert symbol. . . . . . . . . . . 19
5 System presentation 21
5.1 Motivation and objectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.1.1 Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.1.2 Comparison with conventional safety technology. . . . . . . . . . . . . . . . 21
6 Product presentation 23
6.1 What is "integrated safety technology"ctrlX DRIVE?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
6.2 Integrated safety technology in ctrlX DRIVE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
6.2.1 Characteristics of ctrlX DRIVE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
6.3 Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.3.1 Time response and reaction times. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.3.2 Reaction time of “Safe zone error” (SZE). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.4 Safety characteristics of the safety system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.4.2 Optional safety technology module "M5" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.4.3 Calculating the PFH component of an axis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6.4.4 Calculating the total PFH value of a safety zone. . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7 Functional principle 33
7.1 Dynamization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.1.1 Brief description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.1.2 Functional principle of dynamization in the selection signals. . . . . . . 33
7.2 Encoder evaluation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

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ctrlX SAFETY "SafeMotion"
Bosch Rexroth AG
R911404905,
Edition 02
7.3 Scaling system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7.3.1 Brief description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7.3.2 Functional description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7.3.3 Notes on commissioning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.4 Diagnostic system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.4.2 Firmware identifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
7.4.3 Status messages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
7.4.4 Error reaction and escalation strategy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.5 SafeMotion state machine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.5.1 Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.5.2 Function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.6 SafeMotion profiles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.6.1 Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.6.2 SafeMotion profile "Bosch Rexroth" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
8 Safety functions 69
8.1 Global safety functions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8.1.1 Safe maximum speed (SMS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8.1.2 Safe speed monitor (SSM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
8.2 Safety functions in normal operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
8.2.1 Safe direction (SDI). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
8.3 Safety functions in special mode "Safe standstill". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
8.3.1 Safety function “Safe torque off (STO)”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
8.3.2 Safe operating stop (SOS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
8.3.3 Safe brake control (SBC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
8.4 Safety functions in special mode “Safe motion SMMx”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
8.4.1 Safely-limited speed (SLS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
8.4.2 Safely-monitored transient oscillation (SLS-LT) . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
8.4.3 Safe direction (SDI). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
8.4.4 Safely-limited increment (SLI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
8.5 Transition functions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
8.5.1 Safe stop 1 (SS1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
8.5.2 Safe stop 2 (SS2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
8.5.3 Safely-monitored deceleration (SMD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8.6 Additional and auxiliary functions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.6.1 Limiting the positioning velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
9 Selection and acknowledgment 131
9.1 General information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
9.2 Discrete selection and acknowledgment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
9.2.1 Brief description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
9.2.2 Functional principle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
9.3 ctrlX SAFETYlink. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
9.4 Safety bus communication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.4.1 Brief description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.4.2 Functional principle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

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ctrlX SAFETY "SafeMotion"
Bosch Rexroth AG
R911404905,
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9.4.3 Configuring the consumer and producer connection. . . . . . . . . . . . . 136
9.4.4 FailSafe over EtherCAT (FSoE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
9.5 IO mapper inputs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
9.5.2 I/O mapper block types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
9.6 Signal control of outputs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
9.7 Safety zone acknowledge (SZA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
9.7.1 Brief description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
9.7.2 Safety function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
9.7.3 Notes on commissioning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.8 Safe zone error (SZE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.8.1 Brief description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.8.2 Safety function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
10 Commissioning 163
10.1 Risk assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
10.2 First use. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
10.2.1 Safety instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
10.2.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
10.2.3 Prerequisites for using integrated safety technology. . . . . . . . . . . . . . 165
10.2.4 Commissioning steps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
10.3 Serial commissioning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
10.4 Axis acceptance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
10.5 Machine acceptance test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
10.5.1 Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
10.5.2 Selection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
10.5.3 Global monitoring functions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
10.5.4 Monitoring functions in normal operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
10.5.5 Special mode "EMERGENCY STOP" and special mode "Safe stand-
still". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
10.5.6 Special mode "Safe motion". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
10.5.7 Error reaction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
10.5.8 Safety zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
10.5.9 Signal control of outputs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
11 Maintenance 243
11.1 Repairing safety-relevant components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
11.2 Replacing drive components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
11.2.1 Replacing the motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
11.2.2 Replacing the optional brake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
11.2.3 Replacing the optional encoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
11.2.4 Replacing the controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
11.2.5 Replacing the cables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
11.2.6 Firmware replacement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
11.3 Decommissioning drive components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
12 Declaration of conformity 251