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AS-Interface at Work를 이용한 안전시스템 애플리케이션(2)

AS-Interface Safety at Work는 기존 AS-Interface 시스템의 확장된 안전 테크놀로지다. 이제 사용자는, 가령 비상 정지 버튼, 안전 라이트 배리어, 가드 도어 인터록 등과 같은 모든 이진 형식의 안전지향 스위칭 컴포넌트들을 연결할 수 있다. 하나의 시스템에서 표준 컴포넌트와 함께 안전관련 컴포넌트들을 공통적으로 사용하는 것은 크나 큰 장점이다. 마스터, 전원공급장치 및 슬레이브 등과 같이 친숙한 컴포넌트들로 이루어진 기존 AS-Interface 네트워크의 최상위에서, 오직 하나의 AS-Interface 안전 모니터와 안전 AS-Interface 슬레이브가 추가될 뿐이다. 따라서, 안전 및 비(非)안전 AS-Interface 슬레이브들이 모두 혼재하는 것이 전혀 문제없이 가능하다.

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동일한 테크놀로지와 같은 프로토콜에 기반하여, 또한 비상 정지 디바이스, 광전 보호 디바이스 및 안전보호 잠금 디바이스 등과 같은 안전 지향성 컴포넌트들 역시 통합될 수 있다. 이는 단지 하나의 안전 모니터와 몇 가지 안전 슬레이브들을 해당 분기선에 설치하는 일을 요구할 따름이다. 안전 슬레이브와 비안전 슬레이브 양자의 혼합 운용도 무난하게 할 수 있다. 안전 모니터는 AS-Interface 회선 상의 데이터 통신을 감시한다. 안전 슬레이브들과 관련하여, 각 슬레이브에 저장된 다이내믹 코드 시퀀스 (8×4 비트 시퀀스)가 전송된다.

이들 슬레이브는 커미셔닝을 거치는 동안 안전 모니터에 의해 “학습”된다. 운용 중, 해당 안전 모니터는 각 주기상의 실제 시퀀스를 기대치와 비교하며, 가령 통신 장애 등과 같은 디바이스 고장이 발생하는 등 어떤 편차가 있는 경우, 40 ms 이내에 안전 종료(셧다운) 작업을 수행한다. 안전 필드 및 배전반 모듈 등은, AS-Interface 칩이 내장된 지능형 안전 센서와 안전 명령 디바이스를 포함, 슬레이브들로 출시•통용되고 있다. 버스 통신 및 데이터 프로토콜 등은 BGIA에 의해 안전한 것으로 평가되었으며, 해당 기술은 독일의 TUV Nord에서 실시한 인증을 받았다.

해당 시스템은 EN 954-1 규격 기준 카테고리 4, 또는 IEC 61508에 준하여 최대 SIL 3까지의 제어시스템에 사용될 수 있으며, EN 60204-1 규격에 따른 정지 카테고리 0 및 1에 사용될 수도 있다.

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3. AS-Interface Safety at Work를 수반한 바운싱(bouncing) 스위치 접점 모니터링

문제 설명
스위치 접점들의 유연한 기계적 특성과 이로 인해 유발되는 전체 진동의 영향으로, 비상 정지 버튼, 안전 위치 스위치, 릴레이 등에서 사용되는 것과 같은 스위칭 요소들의 전기기계적 스위치 접점들은 활성화된 동안 튀어 오르는 현상이 발생할 수 있다. 접점 바운싱(bouncing)은 스위치 접점이 개폐 작동으로 인해 순간적으로 불안정한 상태에 처하는 것을 의미한다. 이렇듯 정의되지 않은 상태가 지속되는 것을 일컬어 컨택트 바운싱 타임이라 한다. 이는 접점이 안정 상태로 다시 도달하기까지 약간의 밀리세컨드 (백분초) 동안의 시간에 해당한다.

결론
고도의 안전 테크놀로지 요건과 AS-Interface 안전 모니터의 빠른 반응 시간으로 인해, 접점 바운싱은 고장으로 해석되거나, 혹은 안전 위치 스위치들의 2 채널 독립 모니터링 기능을 지닌 해당 애플리케이션들의 안전 가드가 개방된 것으로 볼 수 있다.

솔루션 접근방법

조정 가능한 동기화 시간 및 바운스 타임은 안전 가드가 닫힐 때 안전 모니터가 고장 나는 것을 방지한다. 이는 접점 바운스의 지속시간을 측정한다. 그 시간이 지나고 나면, 도어록이 모니터링 된다.

신형 AS-Interface Safety at Work 구성 소프트웨어 (버전 2.0 이상)은 “디바운싱 기능에 딸린 2 채널” 기능을 통합하고 있다.

안전 슬레이브 코드 테이블 읽기
연결된 AS-Interface 안전 모니터에 구성 정보 전송작업을 마친 후, 모니터링 대상인 슬레이브의 코드 테이블이 판독되어야 한다. 그 전에, AS-Interface 버스는 모든 안전 슬레이브들을 포함하여, 전원이 켜진 (ON) 상태여야 한다. 구성 소프트웨어에서 코드 테이블을 읽기 시작하기 위해서는, 모니터 메뉴 상에서 “코드 테이블 학습”(Teach code tables …) 명령을 클릭한다. 모니터링 대상이 되는 모든 안전 슬레이브들의 코드 테이블이 일단 무난히 판독되고 나면, 사전 구성 로그는 구성 소프트웨어로 전송된다.

이점
이렇듯 수정 가능 시간을 명세 규정하는 것은, 안전 문제가 개입되지 않는 한 운전자 생산 공정이 중단되지 않고 지속되기 때문에 기계 운전자에게 이점을 제공한다.

4. 도어록에서의 안전 솔루션

문제 설명
많은 산업용 기계 및 플랜트는 EN 1088 규격에 준한 인터록 기능을 포함한 가드 도어 잠금 디바이스를 구비하고 있다. 이러한 도어 인터록은 위험한 기계 운행이 멈추기까지 위험 지역에 대한 무단 침입 내지 의도하지 않은 접근을 방지한다. 또한 도어 인터록은 전체 작업 사이클이 완료되기 전에 허가 받지 않은 사람이 기계의 작업절차를 무단으로 간섭하는 것을 막는다. 이렇듯, 이는 플랜트 손상 및 생산 손실을 예방한다.

앞에서 언급한 이유로, 우리의 모델 기계는 또한 펜스가 설치되어 있으며, 그 출입구는 인터록이 장착되어 있다. 가드 잠금 기능이 딸린 이러한 도어 인터록은 오직 유지보수 내지 서비스 작업 중에 한하여 위험하지 않은, 안전한 접근을 보장한다.

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결론
일반적으로, 기계 및 플랜트 상의 가드 잠금 기능을 수반한 도어 인터록은 사람에 대한 위험과 기계에 대한 손상을 방지하는 데 사용된다.

솔루션 접근방법

원칙적으로, 가드 잠금을 사용하는 도어 인터록은 항상 동일한 방식으로 기능한다. 우선, 액추에이터 텅(tongue) 또는 키(key)가 보호 가드의 움직이는 부분에 부착되는 한편, 가드의 고정 부분에는 인터록이 장착된다. 보호 디바이스가 닫히면, 해당 액추에이터는 디바이스로 들어간다. 이는 인터록이 안전 가드를 잠글 수 있도록 한다. 그런 다음에야 해당 기계는 가동될 수 있다. 안전 가드는 도어가 잠겨지기 전에 실질적으로 닫혀진 상태이기 때문에, 어떤 위험도 예방하여 안전을 지향하게 된다.

자기 인터록은 두 가지 상이한 원리에 따라 작동한다.

* 폐쇄 회로 원리에 따라 작동하는 인터록은 스프링 장력으로 잠기고 자기력에 의해 잠금 해제된다.

* 개방 회로 원리에 따라 작동하는 인터록은 자기력으로 잠기고 스프링 장력에 의해 잠금 해제된다.

두 가지 원리 모두 업계에서 통용되고 있다. 폐쇄 회로 원리는 (오버런 등) 위험한 종료 동작으로부터 인원이 보호되어야 하는 곳에서 사용된다.

AS-Interface Safety at Work를 적용한 솔루션 구현

여러 공급업체들이 다양한 유형의 디바이스들을 사용자에게 내놓고 있다. 모든 디바이스들이 액추에이터의 위치나 잠금 메커니즘을 모니터링하기 위해 수많은 기계식 접점들을 갖고 있다. 이러한 정보는 모니터링 장소에 있는 안전 모니터에 연결된 내장형 또는 외장형 AS-Interface Safety at Work 인터페이스를 통해 주기적으로 교신된다.

하드웨어
원칙적으로, 두 가지 하드웨어 솔루션이 시장에 출시되어 통용되고 있다. 그 중 하나는 (일반적으로 솔레노이드) 마그네트 동작을 위한 한 개의 비(非)안전관련 출력을 수반한 2 채널 안전 입력 모듈 하나로 구성된, 기존의 재래식 배선 솔루션이다. 두 번째 솔루션은, 내부 접점 모니터링용 내장 AS-Interface가 장착된 도어 인터록과 아울러 비(非)안전관련 마그네트 (솔레노이드) 드라이버 하나로 구성된 것이다.

디자인 및 제조업체에 따라, 도어 인터록을 위한 다양한 모니터링 디바이스들을 구성 소프트웨어에서 선택할 수 있다. 자동화 시스템은 도어 인터록을 잠그거나 풀기 위한 하나의 입력 신호를 전환한다 (잠금 또는 잠금 해제용 전환 신호는 AS-Interface 시스템 및 해당 자동화 시스템을 통해 제공된다). 잠금 마그네트(솔레노이드)에 걸리는 전압은 외부적으로, 혹은 AS-Interface 시스템을 통해 공급될 수 있다.

소프트웨어 구성
도어 인터록을 위한 다양한 모니터링 디바이스들은 구성 소프트웨어에서 선택될 수 있다. 이 때, 도어 인터록이 AS-Interface 네트워크와 연결된 방법은 내장형 인터페이스를 통해서든, 혹은 별도로 분리된 모듈을 사용하든 무방하다. 그러나 모듈 방식의 경우에는, 액추에이터의 접점과 잠금 마그네트(솔레노이드)를 올바로 연결하도록 반드시 유의해야 한다.

2채널 강제형, 2 채널 의존형 및 독립형 모듈 등이 모니터링 디바이스로 사용될 수 있다. 모니터링 디바이스를 선택하기에 따라 안전 모니터의 작동방식에도 상이한 결과를 가져온다. 모니터링 디바이스에 따라서는, 시동 테스트, 동기화 시간, 혹은 로컬 승인 등과 같이 다양한 부가 옵션들이 구성 소프트웨어에서 선택될 수도 있다.

마그네트(솔레노이드)는 안전 모니터 구성과는 독립적으로 제어된다. 인터록의 잠금 및 해제는 운용 기계 제어를 통해 수행된다. 안전 테크놀로지에 대한 요건에 따라, 잠금 마그네트(솔레노이드)에 걸리는 전압이 모니터링 될 수 있으며, 별도로 공급될 수도 있다.

이점
안전 인터록을 AS-Interface 네트워크에 통합하면, 배선 및 개별 진단은 물론, 안전관련 모니터링과 더불어 각 인터록에 대한 개별적인 제어 측면에서 이점을 제공한다.

유의사항
도어 인터록에 대한 커미셔닝 작업 시, 그리고 해당 디바이스 유형에 따라, 코드 테이블은 보호 디바이스가 닫혀져서 잠긴 상태에서만 통신이 가능하다. 이는 특히, 외부 전원공급장치가 딸린 인터록 내지 개방 회로에 해당된다.

아이씨엔 매거진 2009년 04월호

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