세이프티, PLC·이더넷 기반으로 더욱 지능화

안전에 대한 인식과 생산성은 모든 기업이 고민하고 있는 부분이다. 이러한 고민을 알기에 세이프티 제품을 취급하는 업체들은 고객의 요구에 부응하기 위한 다양한 제품을 선보이고 있다. 최근엔 분산 제어 시스템 구성이 가능한 Safety PLC를 비롯해 실시간 이더넷 기반의 SafetyNET, 그리고 3차원 제어와 감시가 가능한 세이프 티 카메라 시스템도 등장하고 있다.

민병천 Pilz Korea 이사 (b.min@pilzkorea.co.kr)

 

안전한 설비는 어떤 것인가?

 

산업 안전에 대한 이해와 관심도가 더욱 높아지고 있다. 이와 함께 안전한 기계 및 생산라인에서의 안전 사고를 줄이기 위한 투자도 지속적으로 이루어지고 있다. 이는 자연스럽게 안전 시스템에 대한 관심으로 이어지고 발전해 나아가고 있다. 안전(safety)이라는 것을 다양하게 표현할 수 있지 만그중하나가확률로표현할수있다.

‘ 안전한설 비는 어떤 것인가?’에 대한 물음은 그 설비에서 안전 사고가 일어날 확률이 얼마나 되는가에 대한 역설적 인질문이라할수있을것이다. 유럽에서는 1995년 CE Marking이 강제 법규와 함 께 실시된 이후로 여러 차례 법개정을 통해 현재까지 CE는 전세계 산업기계에 대한 안전 법규의 기본서로 자리 매김하고 있다.

이는 더욱더 구체적으로 진행되 고 진화되어 최근에는 산업기계에 대한 위험 분석을 할 시에는 EN 13849-1이라는 좀더 정량화된 지침서 를 기준으로 설계를 하고 있다. 국내에서는 2002년 7월에 PL(제조물책임법)법 시 행과 더불어 안전에 관한 관심이 점점 증가하고 있으 며, 국내 안전관련 인증으로는 산업안전보건 연구원 에서 진행하는‘S’마크 등이 있다. 한편, 안전에 대한 인식의 발전 속도와 함께 기업의 고민중인 부분이 생산성과의 연계성 및 안전에 대한 투자 지침서이다.

안전에 대한 인식과 생산성은 모든 기업이 고민하고 있는 부분이다. 이러한 고민을 알기에 많은 세이프티 제품을 취급 하는 업체들은 고객의 요구에 부응하기 위해 다양한 제품을 선보이고 있으며, 그러한 기능 중의 하나로서 의사소통 강화를 시도하고 있다. 즉 네트워크의 발전 을들수있다.

 

세이프티 PLC
안전 시스템의 새로운 대안으로 진화 중

 

1987년 독일의 필츠(Pilz)는 세계 최초의 전기 기계 식 안전 릴레이인‘PNOZ classic’을 개발하여 판매 를 시작했다. 이후 산업 현장에서의 안전에 대한 중 요성은 더욱 부각되었으며 다양한 회사에서 다양한 형태로 안전 릴레이 제품이 출시되었다. 그림 1는 독 일 필츠의 세이프티 PLC 제품의 블록도를 보여주고 있다.

세이프티 PLC가 개발되기 이전의 안전 시스템은 대부분 안전 릴레이를 기반으로 한 단순 관리 시스템 이 대부분이었다. 그러나 안전 릴레이의 특징상 접점 의 ON/OFF만을 제어한다는 한계와 EN954-1에 따 른 카테고리에 적합한 안전 릴레이를 선정함에 있어 제어하는 대상에 따라 무한정의 릴레이를 사용해야 한다는 문제에 봉착하게 되었다.

그로 인해 안전 릴레 이를 기반으로 한 안전 시스템은 제어 파트에서의 안 전 릴레이의 한계인 공간 절약과 배선의 간편성, 설비 의 사용 편의성 등을 향상시키기 위해 세이프티 PLC 를 개발하게 되었다. 이후 기존 일반 PLC에서만 처리 가능한 온도제어, 아나로그 제어, 통신 등을 구현할 수 있게 발전되어 사용자의 제품 사용성이 폭넓어지 고 있다. 그러나 세이프티 PLC의 가장 큰 특징은 이러한 부 가적인 기능에 앞서 EN954-1에 의한 모든 카테고리 를 만족시키면서도 필요한 접점만큼 사용할 수 있는 안전 릴레이의 한계를 극복한 것이다.

 

 

세이프티 PLC가 생산되기 이전 산업 현장에서의 안전 시스템 제어는 안전 릴레이에 의한 논리제어가 대부분이었다. 이로 인해 제어반의 크기가 커지는 것 은 물론 유지 보수, 생산라인의 변경에 따른 적합한 논리제어를 구현하기 위한 안전 릴레이의 재배치는 많은 시간과 비용을 요구했으며 그 효용성에 대해 많 은 사용자에게 의구심을 자아냈다.

그러나 세이프티 PLC는 이러한 의구심을 말끔히 씻어내어 대규모의 안전 시스템을 필요로 하는 현 장, 특히 공항이나 자동차 생산라인 등에 적용되고 있다. 예를 들면, 유럽의 다임크라이슬러(Daimler Chrysler)나 메르세데스-벤츠(Mercedes Benz), BMW 등과 같은 유명 자동차 생산 업체뿐만 아니라 국내 인천 공항 등에서도 모두 필츠의 세이프티 PLC 를 적용하여 안전 시스템을 구축하고 있으며, 국내 대표적인 자동차 회사인 현대자동차에서도 국내외 의 생산라인에 세이프티 PLC를 도입하고 있다. 그림 2은 독일 필츠의 세이프티 PLC 제품군을 보여주고 있다.

이 제품은 점점 진화를 거듭하여‘PSS 400’이라는 새로운 제품으로 나오게 된다. PSS 400은 기존 모듈 타입의 분산 I/O 시스템인 PSSuniversal(그림 3)의 헤드 모듈에 세이프티 PLC(멀티채널 프로세서)를 탑 재한 형태로 헤드 모듈의 교체만으로 간단하게 시스 템 업그레이드가 가능하다.

특히, 이 제품의 가장 큰 특징은 분산 제어 시스템 구성이 가능하다는 점이다 (그림 4). 기존의 일반 PLC 제어 시스템에서 대규모 또는 단 위 공정라인에 사용하던 DCS(분산제어시스템) 방식 이 세이프티 PLC에 통합되면서 다양한 환경에 대한 안전 시스템 구축이 가능하며 분산화 구조는 하나의 프로젝트 환경에서 통합 관리되어 중앙집중식 관리를 할 수 있다(그림 5). 네트워킹 및 통신방식으로 표준 제어 데이터는 물 론이고 타임 크리티컬한 안전 관련 데이터를 전송하 기 위해 실시간 이더넷 기반의 SafetyNET p가 사용 되며 기존의 애플리케이션과 호환되는 표준 이더넷으 로서 고도의 동적 애플리케이션 지원을 통해 실시간 으로 데이터가 전송된다.

산업 현장에 세이프티 PLC 적용 시 쉽게 접근하기 어려운 부분 중에 하나가 바로 시스템 구성과 프로그 래밍인데 PSS 4000은 간편한 프로그래밍 환경을 제 공한다. PSS 4000은 광범위한 I/O 모듈을 통해 뛰어 난 확장성을 제공한다. 물론 세이프티 PLC에는 안전 관련 기능을 처리하 는 Fail-Safe 영역과 일반 제어를 담당하는 스탠다드 영역으로 분할되어 있지만 아날로그 계측이나 드라이 브의 속도, 위치 및 정지상태 등을 모니터링 할 수 있 는 모듈이 제한적이었다.

PSS 4000은 아날로그 값을 분산식으로 안전하게 계측할 수 있는 Fail-Safe용 아날로그 모듈뿐만 아 니라, 표준 엔코더를 사용하여 드라이브의 속도 모 니터링이 가능한 카운터 모듈을 제공하고 있으며 사 용 환경 온도가 강화된 T-Version은 사용 가능한 온도 범위가 -40 ~+70℃로 혹한 기후 노출에 대한 추가적인 보호장치가 불필요하다는 것도 특징 중 하 나이다.

 

 

세이프티, 응용 범위가 넓어진다

 

이렇듯 초창기와는 달리 안전 시스템에 관한 발전 은 눈부시게 이루어지고 있으며 좀더 효율적이면서 융통성 있게 흘러가고 있는데, 그중 하나가‘safety eye’라는 혁신적인 제품이다. 이는 세계 최초로 3차 원 제어, 감시가 가능한 안전 카메라 시스템이다. 필츠는 지난 1987년 세계 최초로 안전 릴레이인 PNOZ를 개발한 이래 최근의 safety eye에 이르기까 지 혁신을 가장 중요하게 생각하는 기업이다.

현재 위 험을 발생시키는 기계와 인간을 분리시킴으로써 최선 의 안전을 보장한다고 생각하는 것이 세이프티의 개 념이다. 그러나 인간의 안전을 위해 방어벽 등의 장치를 설 치하게 되면 작업이 힘들어지고 인체공학적으로 불편 함을 느끼게 됨으로써 작업을 방해하는 요소가 된다. 따라서 기계와 인간이 조화를 이루어서 이상적인 협 력관계를 구축하는 것이 중요하다.

safety eye는 생산성을 증대시키고 비용 감소를 도 와줄 수 있는 혁신적인 장치로서 삼차원 지역 내 대상 물을 안전하게 보호하는 센서 이상의 의미를 지니고 있다. 그 응용 범위 또한 공작기계 산업에서부터 타이 어, 포장산업, 고층 자동 저장 시스템과 무인 주차 및 박물관에 이르기까지 다양한 산업 전반뿐만 아니라, 보안 분야에서도 새로운 혁신적인 미래를 가져 올 것 이라고 확신한다