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산업 제어 시스템을 위한 국제적인 안전 원칙(Safety Principles) 가이드(6)

전 세계적으로 기계 안전과 관련한 법령과 국제표준이 활발하게 이루어지고 있다. 산업 제어 시스템의 제작 및 설치자들은 이제 국제적인 안전 원칙을 제품 설계 및 설치전에 미리 숙지하고 준비해야 추후 발생할 수 있는 안전 규정 및 안전 사고 문제를 사전에 방지할 수 있다.

안전 광 커튼

안전 광 커튼은, 위험 기계운동과 관련된 상해로부터 플랜트근무 사람을 보호할 수 있도록 특별히 설계한 광전자 존재 센서라고 간단히 설명할 수 있다.

AOPD(능동 광 전자 보호장치)라고도 알려진 광 커튼으로 최적의 안전성을 확보할 수 있고 생산성을 증대 시킬 수 있으며 이것은 기계식 보호기구와 비교하여 좀더 인간 공학적인 확실한 해결책이다. 이것은 작동위험 지점에 자주 그리고 쉽게 접근해야 하는 경우에 적합하다.

작동

광 안전 커튼은 위험지역, 그 주위 또는 그 앞에 적외선의 다중 빔 운반체가 되는 방사기와 수신기 쌍으로 구성되어 있다. 빔 주의 어느 것이 감지 영역의 침투로 방해를 받으면 광 커튼 제어회로가 기계의 E-정지로 신호를 송신한다. 방사기와 수신기는 필요한 로직, 출력, 시스템 진단 및 추가기능(일시정지, 블랭킹, PSDI)을 제공하는 제어장치에 접속하여 그 용도에 맞도록 조정한다. 단독으로 설치하면 광 커튼 쌍은 신뢰성 높은 제어용 스위치로 작동한다.

다른 광 전자 장치로부터의 간섭(혼선) 및 주변 광선의 원인이 되는 허위 트립에 대한 감응성을 제거하기 위해서 방사기의 LED는 각각 순서대로 특정 율로 펄스를 송출하여 방사기가 그것과 연관된 특정 수신기에만 영향을 미친다.

이 방법은 그 자체로 안전성을 제고 시키지만 광 커튼은 제어장치 신뢰성의 관점에서 더 많은 보호수단을 제공해야 한다.

제어장치 신뢰성

제어장치 신뢰성은 OSHA 1910.217 및 ANSI B11 시리즈 규격에 표시된 개념이다. 최근의 B11 규격에 표시된 정의는 “그들 안전관련 기능 내에서 장애발생 시 안전상태를 달성하기 위한, 관련 접속조화, 여타 제어장치 부품, 보호 및 기계 제어시스템의 능력”으로 표현된다.

이 요건을 충족시키는 시스템의 확보는, 여타 부품, 모듈, 장치 또는 시스템이 점검 또는 모니터 할 수 있는 시스템, 장치, 모듈 또는 부품으로 안전관련 시스템 기능을 분리시키는 설계 전략, 방법 또는 특징에 의해서 달성될 수 있다.

간단한 다음 3가지 개념을 적용하면 안전기능의 성능보장에 도움이 된다.

(1) 리던던시(Redundancy) – 동일방법 사용

(2) 다양성 – 부동일(不同一) 방법 사용

(3) 모니터링 – 검증방법 사용

안전관련 기능 사용을 목적으로 특수하게 설계된 시스템, 장치, 모듈, 부품의 선택 및 통합도 제어목적의 달성에 크게 기여한다. 정돈된 설계공정이 완전하고 정확한 설계에 중요하며 이를 이용하여 제어장치의 신뢰성을 확보해야 한다.

광 전자 보호 관점에서, 광 커튼 시스템은 부품의 장애가 발생해도 기계에 정지신호를 송신할 수 있어야 한다는 것을 의미한다. 광 커트에는 광 커튼 감지 영역이 파괴된 경우에 상태를 변경시키도록 설계된 상호 모니터 출력장치가 2개있다. 하나가 고장 나면, 다른 출력장치가 반응하여, 제어 기계에 정지신호를 송출하고, 상호 모니터 시스템의 일부로서 다른 출력장치는 상태를 변경시키지 않았거나 반응하지 않았음을 탐지한다. 다음에 시스템은 상태를 로크아웃(고정) 시키고 안전 광 커튼의 수리가 완료되기 전에는 기계가 작동하지 못하게 한다. 안전 광 커튼이나 사이클링 전원(電源)의 재설정으로는 로크아웃 상태가 해제되지 않는다.

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형식과 기능

Allen-Bradley Guardmaster 안전 광 커튼은 3가지 제품 군으로 나뉜다.

– Point of Operation Control (POC)

– Area Access Control (AAC)

– Perimeter Access Control (PAC)

Point of Operation Control (작동 점 관리) (POC)

POC 광 커튼에는 한 쌍의 광 헤드를 사용하여, 적외선 광 커튼을 구축함으로써 사람들이 작동위험 점에 자주 쉽게 접근하도록 허용한다. 이 광 커튼은 운전자가 위험지역으로부터 비교적 짧은 거리에서 기계와 접촉해야 하는 경우에 사용한다. Allen-Bradley Guardmaster Point of Control에는 해상도가 14mm와 30mm의 2가지로 되어 있어 손가락과 손 보호를 효과적으로 할 수 있도록 되어 있다.

Area Access Control (구역접근 관리) (ACC)

AAC는 적재기계, 펠리타이저, 이송 대, 로봇 셀을 포함하여 위험기계 주위에 보호장벽을 구축하기 위한 단일 빔(beam) 방사기와 수신기를 사용하는 길이가 긴 시스템으로 (최대 275ft), 빔의 파괴를 이용하여 위험한 기계운동을 정지시키는 것이다. 모서리에 거울을 배치하여 2빔 또는 다중측면(多重側面) 접근 제어를 할 수 있다.

Perimeter Access Control (주변접근 관리) (PAC)

PAC 광 커튼은 방사기와 수신기 쌍을 사용하여 단일 또는 다중 빔 (1, 2, 3 또는 4 빔)을 구축하여 위험기계 주위의 전신(全身) 침투를 탐지하기 위한 것이다. 보호주변이 파괴되면 안전 광 커튼이 보호기계에 정지신호를 송신하여 위험한 기계운동을 정지시키고 인명을 보호한다.

블랭킹(Blanking) – 고정식 및 이동식

블랭킹은 광 커튼의 감지영역 일부의 기능을 정지시키어, 일반적으로 광 커튼이 무시(無視) 해야 하는 공정과 관련된 물체를 수용토록 한다.

이 물체가 만족스러우면 – 예를 들면, 장착 하드웨어, 기계 장착 물, 공구 또는 컨베이어- 그것이 빔을 블랭크 시킨 물체다. 고정식 블랭킹 이라고 알려진 이 기능은 그 물체가 언제나 특정장소에 존재하기를 요구한다. “블랭크 한”것으로 프로그램 한 빔의 어느 것이, 정착 물이나 공작물로 방해를 받지 않으면, 기계에 정지 신호가 송출된다.

이동식 블랭킹은, 공급원료와 같은 물체에게는 기계를 정지시키지 않고 어느 위치의 감지영역을 뚫고 들어갈 수 있도록 허용하는 것이다.

이것은 감지영역 내의 어느 장소에서 최대 2개까지의 광선에 대하여 그 기능을 정지 시키는 방법으로 달성한다. 고정된 창을 만드는 대신에 블랭크한 빔은 필요에 따라 위와 아래로 움직인다, 즉 이동한다. 이동 빔의 수에 따라 시스템이 정지신호를 보호기계에 보내지 않고 감지영역 내의 어느 곳에서 어느 하나 또는 두 개의 빔의 진로가 차단된다.

고정식이건 이동식이건 간에 블랭킹을 사용하는 경우에는 안전거리(기계가 정지하기 전에는 운전자가 위험에 도달할 수 없는, 광 커튼의 영향을 받는 위험으로부터의 최소거리)가 영향을 받는다. 탐지할 수 있는 최소 물체크기를 블랭킹이 증가시키므로, 최소 안전거리 계산공식에 따라 최소안전거리도 증가되어야 한다.

일시정지(Muting)

사람이 어느 영역으로 들어가는 경우에 기계는 정지해야 하지만 자동공급 재료가 들어가는 경우에는 기계가동이 그대로 유지시켜야 하는 공정도 있다. 이러한 경우에 일지정지 기능이 필요하다.

일시 정지의 경우에는, 광 커튼, 2개 또는 4개의 일시정지 감지기 및 제어장치를 조합하여, 신호를 처리하고 일시정지 기능을 발동시킬 것인지 발동시키면 언제 할 것인가를 결정해야 한다. 일시정지 감지기를 광 커튼의 앞과 뒤에 장착하고, 감지기의 특정조합으로만 일시정지 기능을 작동시킨다. 예를 들면, 광 커튼 앞의 감지기 2개가 사전 결정해 놓은 시간 안에 상태를 변경시키면 광 커튼은 일시정지 상태로 진입한다. 기능정지 감지기는, 사람이 그 구역에 들어가서 일시정지 감지기 2개를 동시에 작동시킬 수 없도록, 그리고 광 커튼을 작동시키기에 충분한 시간 동안에는 이를 작동시킬 수 없도록, 충분히 서로 떨어진 위치에 장착해야 한다.

ANSI B11.19에는 일시 정지의 안전성능 요건이 다음과 같이 규정되어 있다.

“기계 사이클 중 위험이 없을 때에는 장치의 일시 정지가 허용되어야 한다. 안전관련 기능 성능에 영향을 미치는 시스템의 모듈, 부분 조립체, 또는 부품의 단일 장애로 인하여 정상정지 명령 발령이 방해 받지 않도록 하거나 또는 즉각 정지명령의 원인이 되지 않도록 하여, 장치의 일시 정지를 시현해야 한다. 장애발생 시에는, 그 장애가 교정되기 전이나, 수동으로 시스템이나 장치를 재설정하기 전에는 기계의 재 시작은 억제되어야 한다.”

예들 들면, 장치의 출력부와 병렬 배선 된 단일 캠 작동 제한 스위치는 충분치 않다. 캠 스위치의 장애가 탐지되지 않는다.

구역 보호

트립 및 존재감지 장치

어느 구역이나 지역의 보호방법을 결정하는 경우 어떠한 안전기능이 필요한가를 정확하게 파악하는 것이 중요하다. 일반적으로 기능에는 적어도 2가지가 있다.

(1) 사람이 위험구역으로 들어갈 때는 스위치를 꺼라 즉 전원을 차단시켜라.

(2) 위험구역 안에 사람이 있을 때는 스위치를 넣을 수 없게 하라.

처음에는 이들이 하나이고 동일한 것으로 생각하지만 그들이 분명이 연결되어 있고 동일한 장비에 의해서 실현되는 경우가 적지 않을 지라도 이들은 별도의 2개 기능이다.
처음 사항을 달성하기 위해서는 어느 형식의 트립 장치를 사용할 필요가 있다. 달리 말하면, 사람의 일부가 어느 지점을 통과했음이 탐지되면 신호를 보내어 전원을 트립 시키는 장치가 필요하다. 다음에 사람이 이 트립 지점을 계속 통과함으로써 그것의 존재가 더 이상 탐지되지 않으면, 제 2점(전원접속을 방지하는)은 그 목적을 달성할 수 없다.

전신(全身) 접근이 가능한 경우에 사용할 수 있는 것으로서, 이들 특성을 갖추고 있는 장치의 사례가, 수직으로 장착된 광 커튼, 단일 빔 안전 광 장애물, 감응성 가장자리, 망원경식 안테나 스위치다. 연동시킨 보호 문은, (키 접근 시스템과 같은 특수 수단이 강구되어 있지 않는 한) 들어간 후에는 문의 닫힘을 방지하는 아무 것도 없기 때문에, 일반적으로 트립 장치라고만 간주해야 한다.

만일 전신 접근이 불가능하여 사람이 그 트립 점을 계속 통과할 수 없다면, 그의 존재는 언제나 탐지되므로 제 2점(전원접속 방지)은 그 목적을 달성할 수 있다.
이러한 형식의 용도에는 동일한 형식의 장치가 트립 및 존재감지를 한다. 유일한 차이는 사용 형식이다.

전신의 트립 점 통과가 가능하다면 그 트립 점 이후 및 전(全) 접근대상 위험 구역에서의 사람 존재를 감지하는 방법을 강구해야 함을 알 수 있다. 다른 말로 하면, 전(全) 구역 존재감지 장치가 필요하다.

구역 존재감지 장치의 사례가, 압력감응 매트, 레이저 스캐너, 수평으로 설치된 광 커튼이다.

주변 트립 기능 및 구역감지 기능이 조합된 장치를 사용하거나 그 트립 주변 또는 보호 주변 내에 위치한 별도의 장치를 사용할 수 있다.

그 감지구역을 최초로 들어가는 경우에는 모든 구역감지 장치도 하나의 트립 장치로 작동한다는 것은 명백하다 (예들 들면, 그림 67 참조)

아이씨엔 매거진 2008년 03월호

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