background image

Emergency Stop with Embedded Safety Module

SC17/0514 
2014-06-26 

Emergency Stop Pushbutton / Contactor
Cat.4 PL e, SIL 3 / Stop Category 0

Stop with Embedded Safety Module

- 1 - 

Emergency Stop Pushbutton / Contactor 

/ Stop Category 0 

Function: 

  Safety-related stop function initiated by 

button to minimize the consequences of 

  The pushing of emergency stop push button is detected from 

opening contacts, which are checked by the safety module.

  Opening these contacts causes the deactivation of the safety 

module outputs (stop category 0 according to EN/IEC 60
which results in a switch-off of the motor power supply to minimize 
hazard in case of emergency by means of the contactors (K
K4). 

  The main contactors are monitored by the safety module to detect 

e.g. contact welding, by means of their mirror 

Typical applications: 

Machine-tools or similar machines with low inertia (no rundown time), 
where the access to the hazardous area is limited to maintenance 
interventions. 

Design: 

  The safety function employs well-tried safety principles and is 

robust in the event of one component failure by means of two 
contactors (K3 and K4) and an emergency pushbutton (S

  A contactor fault is detected by the safety module at the next 

demand upon the safety function by the restart interlock 
pushbutton. 

  The start (S2) must be located outside the hazardous area and at a 

point from which the potential danger is visible.

  The emergency pushbutton (S1) has direct opening action in 

accordance with EN/IEC 60947-5-1 and is regarded as well
component. 

  The safety module satisfies the requirements for performance level 

up to PL e according to EN ISO 13849
EN/IEC 62061. 

  The contactors (K1 and K2) have mirror contacts in accordance 

with EN/IEC 60947-4-1, meaning that the normally closed auxili
contacts cannot be in the closed state unless the main poles are 
open. They are also considered as well

  Protection against overcurrent must be provided in accordance 

with EN/IEC 60947-4-1. 

Stop with Embedded Safety Module 

related stop function initiated by emergency stop push 

button to minimize the consequences of possibly harmful event. 
The pushing of emergency stop push button is detected from 
opening contacts, which are checked by the safety module. 
Opening these contacts causes the deactivation of the safety 
module outputs (stop category 0 according to EN/IEC 60204-1), 

off of the motor power supply to minimize 

hazard in case of emergency by means of the contactors (K3 and 

The main contactors are monitored by the safety module to detect 
e.g. contact welding, by means of their mirror contacts. 

tools or similar machines with low inertia (no rundown time), 

where the access to the hazardous area is limited to maintenance 

tried safety principles and is 

obust in the event of one component failure by means of two 

) and an emergency pushbutton (S1). 

A contactor fault is detected by the safety module at the next 
demand upon the safety function by the restart interlock 

rt (S2) must be located outside the hazardous area and at a 

point from which the potential danger is visible. 

1) has direct opening action in 

1 and is regarded as well-tried 

dule satisfies the requirements for performance level 

up to PL e according to EN ISO 13849-1 and SILCL 3 according to 

The contactors (K1 and K2) have mirror contacts in accordance 

1, meaning that the normally closed auxiliary 

contacts cannot be in the closed state unless the main poles are 
open. They are also considered as well-tried components. 

Protection against overcurrent must be provided in accordance 

background image

Emergency Stop with Embedded Safety Module 

SC17/0514 
2014-06-26 

- 2 - 

 

Safety Chain Products: 

  Safety switches - 

Preventa XALK

 

  Safety Module - 

Modicon TM3SAF5R(G)

 

 

Contactor - 

TeSys D 

Related Products:  

  Switches, pushbuttons, emergency stop - 

Harmony XB4

 

  Switch mode Power supply - 

Phaseo ABL8

 

  Modular beacon and tower light - 

Harmony XVB

 

 

 

 

1

2

Safety Outputs

K2

K1

13

23

33

14

24

34

T

M

3

-B

u

s

A1

A2

S33

S 34

Logic

+24 VDC

0

K4

K3

K3

K3

K4

K4

K3

K4

K3

S2

S1

S1: Emergency Stop 

S2: Start Button

1

Automatic Start, when S33-S39 
jumpered 

2

3

3

For fuse rating see data sheet 

F1

F2

F3

S11

S12

S21

S22

S 39

S41

S 42

K4

4

4

5

5

6

6

2

nd

 EDM channel, to be jumpered if 

not used

Monitored Start

Non-Monitored Start

S1

S11

S12

S 21

S22

S2

7

Non-safe Bus

7

Guard

 

SCS17/0514D 

background image

Emergency Stop with Embedded Safety Module 

SC17/0514 
2014-06-26 

- 3 - 

Chain structure: 

  The circuit diagram SCS17/0514D is a conceptual schematic diagram 

and is limited to present the safety function with only the relevant safety 
components. 

  For the designated architecture of category 4, two redundant channels 

are implemented. 

  The circuit arrangement can be divided into three function blocks per 

channel with the input (I), logic (L) and output (O) blocks on each 
channel. 

  The possibility of fault detection by monitoring the outputs is indicated by 

the broken lines (see figure 1). 

  The functional channel can be represented by an emergency pushbutton 

(i.e. B1) that would correspond to the input (see figure 2). 

  The safety module (TM3SAF5R(G)) corresponds to the logic block 

(L1/L2), which maintains the internal redundancy of the safety circuits 
required for this architecture. 

  The output block is represented by two redundant contactors (K3 and K4) 

that are monitored by the logic block (safety module) to detect any failure. 

  The complete wiring must be in accordance to EN 60204-1 and the 

necessary means to avoid short circuits has to be provided (EN ISO 
13849-2 Table D.4). 

 

Safety level calculation:  

  A required performance level (PL

r

) must be specified for each 

intended safety function following a risk evaluation. The 
performance level (PL) attained by the control system must 
be validated by verifying if it is greater than or equal to the 
PL

r

  The emergency stop push button is operated once a month. 

  Mean time to dangerous failure (MTTF

d

) values exceeding 

100 years will be limited to this value in order for the 
component reliability not to be overstated in comparison with 
the other main influencing variables such as the architecture 
or tests. 

  A B10

d

 value of 1 500 000 cycles is stated for the mechanical 

aspects of S1. In accordance with the assumed n

op

 value, the 

MTTF

d

 would be 4 090 909 years for each component. 

  These values are therefore limited to 100 years ("high"). 

  A PFH

d

 value of 5 x 10

-9

 is stated for the safety module 

(TM3SAF5R(G)). This value comes directly from the safety 
device data and it is certified by an accepted standards body. 

2592000

12

220

3,67

Channel 1

Channel 2

100

100

95%

95%

65

65

Logic TM3SAF5R(G)

Output TeSys D

PL

e

Category

4

MTTF

resulting (years)

100

100

DC

avg

99%

99%

CCF

75

75

PFH

d

 resulting (1/h)

2,47E-08

Safety function

PL attained

e

PFH

d

 resulting (1/h)

6,25E-08

PL

e

Category

4

PFH

d

 resulting (1/h)

5,00E-09

DC

95%

Input device XALK

PL

e

Category

4

MTTF

d

 resulting (years)

DC

avg

CCF

PFH

d

 resulting (1/h)

3,28E-08

Cycle time (s)

Number of hours' operation per day

Number of days' operation per year

Number of operations per year

Values

background image

Emergency Stop with Embedded Safety Module 

SC17/0514 
2014-06-26 

- 4 - 

  For the redundant contactors K3 and K4, the B10 value 

corresponds under nominal load to an electrical lifetime of 
1 000 000 switching cycles. If 73% of failures are assumed to 
be dangerous, the B10d value is 1 369 863 operations. With 
the assumed value for nop, it results in a MTTFd of 
3 735 990 years for each component. These values are 
therefore limited to 100 years ("high"). 

  Measures against common cause failures (Annex F of EN 

ISO 13849-1) must attain at least 65 points (i.e. separation 
(15), overvoltage protection etc. (15) and environmental 
conditions (25+10)). 

  The safety-related control system corresponds to category 3 

with high MTTF

d

. The complete functional safety chain 

results in average probability of dangerous failure (PFH

d

) of 

6.25 x 10

-8

  This corresponds to PL e and SIL 3.  

 

 

 

ENVIRONM ENTA L 
CONDITIONS

Emergency P ush B utto n 
P reventa XA LK o utside o f 
a cabinet

Safety mo dule 
TM 3SA F5R/G and 
Co ntacto r - TeSys D 
inside a cabinet

Degree o f pro tectio n 
acco rding to  IEC/EN 
60529

Terminals:

IP  20

Enclo sure:

IP  20

A mbient o perating 
temperature (ho rizo ntal 
installatio n)

-25...70 °C

– 5...+ 55 °C (+ 14...+ 130 °F)

Fo r use in max. height 
abo ve sea o f

2000 m (6560 ft)

Sto rage temperature

-40...70 °C

- 40...+ 70 °C (- 40...158 °F)

Fo r sto rage in max. 
relative humidity o f

95 %, no n co ndensing

Fo r sto rage in height 
abo ve sea level o f

0…3000 m (0...9842 ft)

Overvo ltage catego ry

III (4 kV)

P o llutio n degree

2

Rated insulatio n vo ltage 
acco rding to  IEC/EN 
60664-1

~ 300 V

Supply vo ltage

SELV/P ELV c 24 V – 15/ 
+20 %

M ax. pro tectio n

4 A  fuse gG

Rated po wer

B us  5 VDC

0.2 W

External Supply  24 VDC

2.4 W

M ax. current per o utput 
path

6:00 A M

The sum o f simultaneo us 
currents o n all o f the 
o utputs is limited to

Σ

 Ith 

 18 A

P ro tectio n o f o utputs

max.: 4 A  fuse gG o r 6 A  
fast blo w

M aximum switching 
capacity o f o utputs

A C-15

~  230 V, 5 A

DC-13

24 VDC, 4 A

General

IP  65

Supply

Output circuit