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AS-Interface at Work를 이용한 안전시스템 애플리케이션(4)

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.

4.5 AS-Interface Safety at Work를 사용한 양손 제어 회로 모니터링

문제 설명
위험한 동작을 수행하는 기계와 함께 하는 운전자들에게는 상당한 위험이 따른다. 이러한 기계들은, 가령 수압 기술 등을 비롯하여, 다양한 생산 공정의 제반 영역에서 볼 수 있다. 특히, 이들 기계는 프레스, 펀치, 벤딩 머신, 프레스 브레이크 등을 포함하고 있다.

공정 처리될 자재는 때로 운전자가 기계에 수동으로 공급하기도 한다. 특히 이러한 작업 공정 도중에는 본원적인 위험이 내재하는데, 운전자의 루틴이 그 위험을 가중시키기도 한다.

결론
운전자를 보호하기 위해서는, 특별한 안전 조치를 취해야 한다. 이러한 조치들은 잠재 위험에 대한 확인과 고려, 평가를 위한 위험 분석, 그리고 안전 조치들에 소요되는 요건 명세의 분류 등을 요한다.

솔루션 접근방법
양손 제어 시스템들은 보호 디바이스들에 장착되는데, 이러한 디바이스는 어떤 기계의 운전자가 두 가지 상이한 명령 디바이스들을 동시에, 각각 한 손으로 조작함으로써 위험한 작업 공정을 초래할 수 있다. 이러한 목적으로, 양손 제어 콘솔들이 사용된다.이는 정규 안전 요건에 부합하도록 특별히 고안된 것이다. 이들 양손 제어 콘솔은 두 개의 명령 유닛과 하나의 비상 정지 스위치를 갖추고 있다.

회로설계 관점에서는, 두 개의 명령 유닛들의 출력 접점 4개는 그 의존성이 지속적으로 모니터링 된다. 두 개의 명령 유닛들을 운전하는 사이, 동기화 시간이 0.5초를 초과해서는 안 된다. 따라서, 해당 명령 유닛들은 위험 작업공정 전반에 걸쳐 지속적으로 작동되어야 한다.

이러한 기준들에 부합하지 않는다면, 해당 동작은 계속되지 못하게 되며, 혹은 위험 동작의 경우, 즉각 중단된다. 운전자 보호를 위해, 최소 안전 거리가 반드시 준수되어야 하며, 아울러 접근 속도, 시스템 전체의 정지, 그리고 위험 영역 침범 유형 등과 같은 요소들을 고려해야 한다.

EN 574 규격에 준한 여러 가지 요건들이 카테고리 A, B 및 C와 함께, I, II 또는 III의 유형 등급들로 특별히 정해져 있다.

보기
EN 574에 따른 유형 III, C 등급의 요구조건 프로파일은 다음과 같은 특질을 지니고 있다.

– 양손 사용 (동시 운전조작)

– 입/출력 신호간의 관계

– 부주의한 운전조작 예방

– 출력 신호 종료(termination)

– 제약규칙 회피 방지

– 출력 신호의 반복 생성

– 0.5초 이내 명령 유닛들의 동시 운용

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소프트웨어 구성
양손 제어 회로 상에서 0.5초 이내로 명령 유닛들에 대해 특정한 동시 운전조작과 해당 명령 유닛들에 있는 네 개의 접점들에 대한 의존성 기능 모니터링 등은 AS-Interface Safety at Work를 사용하여 수행될 수 있다.

구성 소프트웨어에서, 양손 운전(two-hand operation)이란 용어는 2-채널 의존성 스위칭 접점들을 모니터링 하기 위한 기능 컴포넌트들을 나타낸다. 각각의 기능 컴포넌트는 각기 하나의 명령 유닛의 접점을 하나씩 감시한다. 따라서, 양손 제어 회로의 구현은 2-채널 의존성 기능 컴포넌트들을 요구한다.

구성 소프트웨어 설정을 위한 기준
– 동기화 시간은 절대 무한대로 설정되어서는 안 된다

– 동기화 시간은 결코 0.5초를 초과해서는 안 된다

– 틱(Tick) 스타트업 테스트

안전 구성의 학습
연결된 AS-Interface 안전 모니터로 완성된 구성을 전송한 이후, 양손 운전조작용으로 모니터링 될 슬레이브들의 코드 테이블이 읽혀져야 한다.

이보다 앞서, AS-Interface 버스는 반드시 스위치를 올린 (ON) 상태여야 한다. 이는 모든 안전 슬레이브들을 포함한다. 이 말은, 두 개의 양손 버튼들이 안전 구성을 학습하는 동안, 동시에 조작되어야 함을 의미한다. 구성 소프트웨어 상에서 코드 테이블 판독을 시작하기 위해, 모니터 메뉴에서 “코드 테이블 학습하기-…”(Teach code tables – ) 명령을 클릭한다. 일단 모든 안전 슬레이브들의 코드 테이블이 무난히 판독되면, 예비 구성 로그가 구성 소프트웨어로 전송된다.

이점
AS-Interface Safety at Work를 써서 구현된 양손 제어 회로들은 결선 비용을 절감하는 동시에 단순하고도 간결한 기능성 진단을 제공한다.

4.6 모듈/일차 시스템

문제 설명
안전형 AS-Interface 입력 모듈(IP20/IP67)들은 가령, 재래식 비상 정지 버튼, 위치 지정 스위치, 도어 스위치 내지 보호 스위칭 디바이스 등, 안전관련 스위칭 상태를 감지하는 기능을 제공한다. 또한, (코딩 액추에이터가 없는) 고장안전 유도 센서 및 활성 광전 보호 디바이스(AOPD)들은 개별 모듈들을 통해 연결될 수도 있다. 올바로 작동한다면, AS-Interface Safety at Work 시스템은 EN 954-1 또는 IEC 61508/IEC 62061 SIL3 규격에 따라 제어 시스템 카테고리 4까지 해당 애플리케이션에서 실행될 수 있다. 이는 위험 평가의 결과로 도출된다. 이와 같이, 보편적 안전 입력 모듈을 사용함으로써, 안전 관련 컴포넌트들은 내장 AS-Interface Safety at Work 없이도 AS-Interface 시스템과 연결될 수 있게 되었다.

솔루션 접근방법
이상의 보기에서, 재래식 비상 정지 버튼을 설치함으로써 공장 전체는 안전 입력 모듈을 통해 정지된다. 비상 정지 버튼이 활성화되면, 기계 내부에 있는 모든 드라이브는 정지된다. 안전 입력 모듈 상의 다양한 로컬 LED 디스플레이는 이제 비상 정지 버튼이 활성화된 상태를 나타낸다. 이 정보는 또한 PLC 및 안전 모니터에서 유용하게 사용된다. 뿐만 아니라, (코딩 액추에이터가 없는) 고장안전 유도 센서는 안전 입력 모듈을 써서 안전문 구역 내에 설치되었다. 이러한 고장안전 유도 센서는 안전 가드의 프레임에 직접 반응하도록 장착될 수 있다. 안전 가드가 개방되면, 이는 케이지 내부의 드라이브 기계를 정지시킨다. 다른 모든 구역은 작업이 지속된다.

보기에서 살펴본 바와 같이, 각 공장의 상이한 구역을 따로따로 차단할 수 있다.

때로, 예를 들어 생산 작업이 완전 정지되기 전에 다른 구역은 버퍼의 일부를 지우는 동안, 단지 하나의 구역만을 차단하는 것으로 충분한 경우가 흔히 있다. 몇가지 안전 회로로 분리해 놓으면, 공장의 다운타임을 줄일 수 있다.

AS-Interface Safety at Work를 사용한 솔루션 구현
AS-Interface 안전 입력 모듈을 AS-Interface 시스템과 연결하기 위해서는 다음과 같은 2 단계의 절차가 요구된다.

1. AS-Interface 네트워크와의 하드웨어 연결하기

2. 안전형 AS-Interface 참여 디바이스를 소프트웨어를 통해 AS-Interface 안전 모니터 내에 연결하기

하드웨어
광범위한 안전 AS-Interface 컴포넌트들 중에는, 제어반으로의 설치 혹은 필드 설치에 적합한 안전 입력 모듈들이 있다. 안전 필드 모듈은 IP65/IP67의 높은 보호 등급을 갖추고 있다. 안전 입력 모듈들은 종래의 기계식 안전 스위칭 요소 또는 EN954-1(카테고리 4) / IEC 61508(SIL 3) 규격에 준하여 고장안전 유도 센서를 결선하는데 쓰인다.

소프트웨어 구성
위험 분석의 결과로 제작된 적절한 모니터링 디바이스(모듈 아이콘)들은 구성 소프트웨어 상에서 선택될 수 있다. 이러한 선택은 안전 모니터의 상이한 작동 방식으로 귀결된다.

선택된 디바이스는 각각 이름을 부여 받는데, 이는 사용자가 임의로 명명할 수 있다. 아울러, 선택된 디바이스에는 고유한 AS-Interface 주소가 할당된다. 선택된 모니터링 유형에 따라, (스타트업 테스트 및 로컬 승인 등) 두 가지 부가기능들이 모니터링 디바이스(모듈)에 옵션으로 할당될 수 있다.

구성 값의 최종 전송 및“코드 시퀀스 학습”을 써서, 안전 입력 모듈들은 해당 시스템에 통합되고, AS-Interface 안전 모니터로 감시된다. 상기 예는 안전 입력 모듈이 두 가지 독립적인 종료 회로에서 작동하는 것을 보여준다. 이 예는 그 이상의 보호 수단을 제시하지는 않는다.

이점
안전형 AS-Interface 입력 모듈을 황색 AS-Interface 케이블에 손쉽게 결선함으로써, 안전 테크놀로지를 AS-Interface에 통합하는 이점은 명백하다. 단 하나의 AS-Interface 케이블을 공통적으로 사용하기 때문에, 안전 신호들을 추가적으로 병렬 배선할 필요가 없다.

또한 진단 정보가 교신되어야 할 경우, 이러한 통신 기능이 이미 AS-Interface 참여 기기에 내장되어, 메시지 시그널을 위한 추가 결선 역시 더 이상 소요되지 않는다. 촉발된 안전 입력 모듈들에 대한 식별은 안전 모니터 또는 입력 모듈 자체를 통해 모두 쿼리 검사할 수 있다. 또한 해당 정보는 추가 배선 없이도 PLC에서 사용 가능하다. 그 밖에도, 안전 참여 기기들의 취급은 네트워크 상의 여타 표준 참여기기들을 다루는 방법과 전혀 다르지 않다.

주의
안전 입력 모듈들에 대한 커미셔닝 작업 시, 비상 정지 버튼이 활성화되지 않고 안전 가드가 닫혀 있는 동안 코드 테이블들이 전송되지 않도록 유의해야 한다.

4.6.1 두 개의 AS-Interface 네트워크 간의 안전 신호 전송

문제 설명
경우에 따라, 안전 신호들은 두 개의 AS-Interface 네트워크 간의 통신이 가능해야 한다 (예: 컨베이어/운송 플랜트 등). 복합 병렬 배선 시스템은 비용이 너무 많이 든다.

솔루션 접근방법
안전 신호들은 AS-Interface Safety at Work를 써서 양측 AS-Interface 네트워크 간에 교신될 수 있다. 이러한 목적으로, AS-Interface 네트워크 1에서 나온 안전 모니터 OSSD들은 AS-Interface 네트워크 2에서 유래한 모듈상의 안전 입력부에 결선된다. 2-채널 안전 모니터 및 안전 제어반 모듈들은 이러한 작업에 가장 적합하다. 또한 안전 신호는 각 방향에서 2-채널 안전 모니터를 경유하여 교신될 수 있다. 이러한 애플리케이션에서, 안전 신호 통신을 위한 반응 시간은 길어야 80ms (2x40ms)에 불과하다.

고객의 혜택
하나의 AS-Interface 네트워크에서 다음 네트워크로 안전 신호들을 무리 없이 전송할 수 있다.

4.6.2 일차 시스템들 간의 안전 신호 전송

문제 설명
때로는 안전 신호들을 AS-Interface 네트워크와 일차 시스템 간에 전송하는 일이 필요하다. 이러한 아키텍처는 통상적으로 대형 플랜트에서 출현한다.

솔루션 접근방법
AS-Interface Safety at Work 컴포넌트들을 사용, 일차 시스템과 AS-Interface 네트워크 간에 안전 신호를 전송하는 것도 역시 가능하다. 이를 위해, AS-Interface 시스템 안전 모니터의 OSSD들은 일차 시스템의 안전 입력부에 결선되어, 그곳에서 판독된다. 일차 시스템에서는, 안전 출력 신호는 또한 AS-Interface 시스템의 안전 입력부와 결선될 수도 있다. 2-채널 안전 모니터 및 안전 제어반 모듈 등은 이러한 작업에 가장 적합하다. 총 반응 시간은 AS-Interface Safety at Work 반응시간 (최장 40ms)와 일차 시스템 반응 시간의 합이다.

이점
Safety at Work 컴포넌트를 지닌 AS-Interface 시스템은 또한 일차 안전 시스템들과도 나란히 함께 작동한다.

아이씨엔 매거진 2009년 11월호

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