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스마트공장

기계 제작을 위한 머신 세이프티 국제 규정 해설(3)

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EN 62061 (1) – FUNCTIONAL SAFETY OF SAFETY

 

– 연재 목차 –
01. 기계 제작을 위한 머신 세이프티 국제 규정 해설(1) – ISO 13849(1)
02. 기계 제작을 위한 머신 세이프티 국제 규정 해설(2) – ISO 13849(2)
03. 기계 제작을 위한 머신 세이프티 국제 규정 해설(3) – EN 62061(1)
04. 기계 제작을 위한 머신 세이프티 국제 규정 해설(4) – EN 62061(2)

 

EN 62061은 ISO 13849와 함께 기계안전도의 근간을 구성하는데 한 축을 이루는 가장 중요한 규격이다. 이 규격은 IEC 61508 기능안전성(Functional Safety)을 기반으로 만들어진 기계분야에 응용을 목적으로 만들어진 규격이다. IEC 61508 규격은 기능안전성으로 알려진 규격으로 여러 분야에 응용되는 규격이다. E/E/PES 즉 Electrical/Electronic/Programmable Electronic System 에 특화되어 사용되는 규격으로 여러 분야에 응용되는 규격이기도 하다.

먼저 EN 62061 규격을 설명하기 전에 기본 규격인 기능 안전성 IEC 61508에 대해서 간단히 기술하고자 한다. EN 61508의 가장 중요한 개념은 기능 안전성이다. 이 기능안전성은 다음과 같이 정의 할 수 있다. “E/E/PE 안전관련 시스템(SRS, Safety Related System)과 외부의 위험도(Risk)감소 설비. 그리고 다른 종류의 SRS의 올바른 기능에 좌우되는 EUC(Equipment under Control)와 EUC 제어 시스템(EUC Control System)에 관련되는 전체안전성의 한 부분”으로 정의 할 수 있다.

그림 1. IEC 61508 개요
그림 2. IEC 61508과 주변 표준

여기서 EUC는 위험도의 원천이 되는 설비, 플랜트, 기계류를 의미하며, EUC 제어 시스템은 다음과 같이 설명될 수 있다. 원하는 방법으로 EUC가 운용되도록 출력신호를 발생시키고 공정과 또는 운용자로부터의 입력신호에 대응되는 시스템이라 서술 할 수 있다. 이와 관련하여 SRS는 무엇을 의미할까?

SRS는 안전한 상태를 유지 하거나 성취하는데 필수적으로 요구되는 안전기능을 구현하도록 설계되어진 시스템을 의미한다. SRS에서 의미하는 안전기능(Safe Function)은 명시된 위험한 사건(Specific hazardous event)에 대하여 EUC의 안전상태(여기서는 Fail Safe)를 유지하거나 성취하도록 의도된 E/E/PES SRS에 의해서 구현된 기능이라 할 수 있다. 이 용어들은 앞으로 기술할 IEC 62061을 이해 하는데 요구되는 가장 기본적인 용어이기도 하다. 그 밖의 다른 무수한 안전도와 관련되는 여러 가지 복잡한(?) 다른 용어들이 규격 서에 수록되어 있다. 주요 안전도 용어들이 규격서 앞면에 기술되어 있어도 추상적이고 현학적으로 수록되어 있어 이를 이해하는데 만만 하지가 않다.

또한 IEC 61508 규격 자체가 워낙 방대하고 복잡하기도 하여 이를 여기서 다 기술 할 수 는 없다. 물론 보는 사람마다 관점이 다르겠지만 이 규격은 어떻게 보면 지나치게 포괄적일 수도 있는 내용이기도 하고 정확하다고 하기 보다는 오히려 안내서 역할을 하고 있다고 볼 수도 있다. 안전도 자체가 확률이기 때문에 사고 예방에 정확하다고 할 수는 없지만 위험도가 발생하는 상황을 낮출 수가 있다. 스마트 형의 기기와 자동화 네트워크의 발전으로 복잡한 제어 및 자동화 과제에 안전도 중요성이 점차로 확대되면서 생산 효율성에 기여하며 또한 설비를 자산관리의 관점에서 자산 가치를 높일 수도 있고 작업 능률을 향상시키기도 한다.

IEC 61508은 E/E/PES에 대한 기능 안전성을 관리하는 국제 표준 으로 수년 동안 개발되어 발전되어 1998년 12월에 첫 번째 버전이 공표되고 2000년에 일곱 개의 파트 중에 마지막 부분도 공표되었다. 이 표준은 총체적 특성을 지니고 산업 분야에 안전관련 응용에 적용한다.

IEC 61508표준은 기능안전을 성취(달성)하기 위해 이성적이고 일관성 있는 접근법을 정의하고 있으며 수명주기(Life Cycle)를 통하여 구상, 설계, 위험(Hazard)과 위험도 분석을 통해 규격, 구현, 운용 및 보수 유지 그리고 폐기 단계까지 정의하고 포괄적으로 안전도 구현을 위한 솔루션을 제공하고 있다. IEC61508의 특징은 거의 모든 산업영역에 – 기계류, 공정 플랜트, 의료, 철도 – 등에 응용될 수 있는 총체척인 표준으로 나타낼 수 있다. 국제 표준 – End User와 벤더들이 국제적으로 사용한다. 안전기능을 실행하는 E/E/PES 사용에 대한 가이드와 보호 시스템의 모든 요소들과 안전 수명주기 구상을 포함하는 포괄적인 접근과 SIL의 결정을 이끄는 리스크 기반의 접근과 더불어 효율적인 PES의 사용으로 설비의 안전도와 경제적인 측면 개선 등이 중요한 특징으로 부가할 수 있다.

더군다나 아직 안전 가이드가 정해지지 않은 분야는 IEC 61508을 기준으로 새로운 안전가이드를 적용하여 규격으로 만들 수도 있다 하지만 그 반면에 워낙 광범위한 서류와 응용으로 인해 규격으로 적용시 어려움이 가중 될 수도 있다. 예를 들어 단순한 기기 즉 센서 하나를 설계한다고 가정 시에 IEC61508 에서 제시하는 수명주기에 따라 구상단계부터 폐기단계까지를 다 고려한다는 것은 무리가 따를 수도 있고 더구나 고유의 안전 솔루션을 가지고 많은 실전경험을 가진 벤더의 경우 무조건적으로 IEC 61508의 규정에 따른다는 것도 생각해 보아야 할 문제이기도 하다. 여기서는 IEC 62061에 대한 원고를 기술 하므로 그 근간을 이루는 IEC 61508의 구성과 다른 규격들과의 관계 등은 간략화를 위해 도표로 나타내고 IEC 62061의 이해를 위해 필요한 용어를 설명한다. 그림2 참조.

SIL(Safety Integrity Level)의 이해는 기능 안전성에 매우 중요하다. E/E/PES 기능안전성 응용에서는 SIL의 중요성은 핵심적인 역할을 한다. 먼저 SI(Safety Integrity)는 “서술된 기간 안에 모든 서술된 조건하에 요구되는 안전기능을 만족할 만큼 수행하는 SRS의 확률”로 정의하고 여기에 부가하여 SIL은 다음과 같이 정의한다. “안전기능의 명시된 SI 요구들이 E/E/PES SRS에 할당되어 차별화된 수준으로 가장 높은 등급인 SIL4, 그리고 가장 낮은 등급인 SIL1으로 구성 된다”이 SIL의 결정은 안전관련 시스템의 안전도 등급에 많은 영향을 주므로 좀 더 자세히 기술하고자 한다.

시스템에 대한 SIL 결정은 일반적으로 고장확률과 시스템 구조와 밀접한 관계가 있다. 시스템 구조를 평가하기 위해 다음과 같은 세 개의 중요한 파라미터인 Type A, Type B 컴포넌트, HFT(Hardware Fault Tolerant) 그리고 SFF(Safe Failure Fraction)를 분석해야 한다. 이미 SFF는 ISO 13849에서 기술했기 때문에 여기서는 HFT와 Type A, B 컴포넌트에 대해서 서술한다. 요구되는 안전기능의 수행에 따라 IEC 61508에서는 타입을 차별화 하여 구분하였다. 먼저 Type A는 다음 Table1과 같다.

Table 1. Hardware Safety Integrity : Tape A

모든 구성된 컴포넌트의 고장 모드는 잘 정의되고, 오류조건하의 서브시스템의 행위는 완전히 예측 가능해야하고 그리고 실전경험을 통해 획득된 신뢰성 있는 고장데이터는 존재되어야 한다. Type B는 A와는 반대이다 즉 최소 한 컴포넌트의 고장모드는 잘 정의 되어 있지 않으며, 오류 조건하의 서브시스템의 행위는 완전히 예측 가능하지 않다.

Table 2. Hardware Safety Integrity : Tape B

그리고 실전경험을 통해 획득된 신뢰성 있는 고장데이터가 존재하지 않는다. 여기서 한 예로 한 시스템의 최소한 한 개의 컴포넌트가 타입 B에 대해 충족된다면 이 시스템은 타입 B로 관측되어야 한다. 일반적으로 타입 A 컴포넌트는 통상적인 요소로 오랜 사용기간을 통해 두드러지게 나타나거나 100% 시험이 가능한 컴포넌트로 저항, 트랜지스터가 있다. 반면에 타입 B는 사용기간을 통해 경험치가 존재하지 않거나 100% 시험이 가능하지 않는 경우로 한 예로 마이크로 프로세서가 있다. 아래 표에 HFT, SFF와 관련하여 하드웨어 SI를 구성한다.

 

글_ 박장환 교수
국립한경대학교 전기전자공학과

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산업용사물인터넷

맥심인터그레이티드, Go-IO IIoT 플랫폼으로 스마트공장 엣지 강화

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컴팩트형 PLC 레퍼런스 디자인으로 공장 서브시스템 크기 및 성능 최적화

맥심 인터그레이티드 코리아(대표 최헌정)가 Go-IO 산업용사물린터넷 플랫폼(이하 Go-IO)을 새롭게 출시했다. Go-IO는 인더스트리 4.0 디지털 공장 장비에 인텔리전스를 제공하고, 공장 내부 PLC(Programmable Logic Controller)의 엄격한 크기와 전력 필요사항을 충족시킨다.

디지털 공장은 변화하는 상황에 따라 즉시 제조 라인을 조정해야 한다. 자동화된 장비는 완전한 산업 융합을 위해 자가 진단과 최적화 기능도 요구된다. Go-IO는 최첨단 인텔리전스를 지원해 장비 상태, 상황 정보를 모니터링 및 커뮤니케이션하고 처리량과 생산성을 높여준다.

Go-IO는 제어 기능과 인텔리전스를 단일 중앙 제어 센터에서 각각의 자동화된 장비로 이동시켜 변경된 제품 사양이나 제조 요구사항에 장비가 즉각 대응하도록 한다. 이 레퍼런스 디자인은 이전 버전인 포켓 IO보다 전력 소비는 50%, 크기는 10배 더 작아 (1입방 인치 이하) 한층 까다로워진 PLC의 크기 및 전력 필요사항을 만족시킨다.

신용카드 절반 크기에 17가지로 구성 가능한 IO(Input/Output)가 집적된 Go-IO는 자동화된 공장 서브시스템(subsystem)에서 산업용 IoT의 잠재력을 최대한 이끌어내고 생산성을 향상시키는 자가 진단 기능을 구현한다.

유연하고 견고한 오픈소스 Go-IO는 산업∙빌딩 자동화, 산업용 로봇 분야에 이상적이다. Go-IO에는 ▲12개의 고집적 IC ▲다중 디지털 IO 구성을 지원하는 17개 IO ▲아날로그∙ 디지털 센서 모두에 범용 IO 인터페이스를 제공하는 4채널 IO 링크 마스터 ▲시간에 민감한 상태 및 상황 정보를 로컬 데이터 레이크(data lake)나 클라우드에 업로드하기 위해 안정적인 멀티 드롭 데이터 네트워크를 제공하는 강력한 25Mbps 절연 RS-485 통신 채널이 포함된다.

IHS 마킷(IHS Markit)의 로비 갈로소(Robbie Galoso) 수석 리서치 애널리스트는 “산업용 IoT를 구현하려면 자동화된 최첨단 공장 장비 내 스마트 커넥티드 센서와 PLC 수를 늘려야 한다. 이런 디바이스 도입을 가속화하는 솔루션은 자동차, 화장품, 스포츠 장비에 이르기까지 다양한 상품을 제조하는 과정에서 그 가치를 입증할 것”이라고 말했다.

맥심 인터그레이티드 제프 드앤젤리스(Jeff DeAngelis) 인더스트리 및 헬스케어 사업부 총괄은 “공장과 제조 시설이 점점 더 많은 자동화된 기계에서 데이터를 수집하기 때문에 PLC는 하부 조립 라인이나 복잡한 기계 등에 맞게 크기가 작아져야 한다”며 “Go-IO는 생산성을 높여줄 뿐만 아니라 실시간 중요 의사결정을 위해 필요한 기계의 상태 및 상황 정보를 제공한다. 차세대 산업용 IO 솔루션으로 산업 융합을 촉진시킬 것”이라고 밝혔다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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미분류

힐셔, 산업용사물인터넷 지원 netIOT 활용방안 제시

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힐셔 netIOT

산업용 통신 솔루션 선두업체인 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 11월 2일(금), 인터컨티넨탈 서울 코엑스에서 기자 간담회를 개최하여 힐셔의 혁신적인 netIOT 전략 및 netIOT 인터페이스의 다양한 솔루션을 활용한 IoT 기술 활성화 방안에 대해 소개하는 자리를 가졌다.

힐셔 netIOT

netIOT

힐셔 프로덕트 매니저인 크리스토프 훙어(Christof Hunger)는 “IoT 시장이 성장함에 따라 설비 제조업체들은 필드 디바이스의 정보를 기반으로 예방적 유지보수, 상태 모니터링과 같은 새로운 클라우드 기반의 부가가치 서비스를 구현하고자 한다”며 “힐셔는 디바이스 제조업체들이 힐셔의 netIOT 인터페이스 솔루션을 이용해서 산업용 이더넷, 트랜스페어런트 이더넷(Transparent Ethernet)과 함께 OPC UA 서버 및 MQTT 클라이언트 기능을 쉽게 추가할 수 있도록 더욱 집중하였고, 힐셔 솔루션을 통해 고객들이 스마트 팩토리를 구축하는데 도움이 되길 바란다.” 라고 말했다.

인더스트리 4.0과 IIoT는 4차 산업혁명으로 센서에서 클라우드까지 지속적인 통신을 요구한다. 힐셔는 이를 산업용 클라우드 통신이라 칭하고 고객들이 Industry 4.0, 스마트팩토리 및 IoT를 구현하도록 돕기 위해서 힐셔 netIOT 제품군이라는 솔루션을 구축하고, 지속적으로 프로모션을 진행하고 있다. netIOT는 netIOT 서비스(Service), netIOT 엣지(Edge), netIOT 인터페이스(Interface)와 같이 총 3개의 영역으로 구분된다. 특히 netIOT 인터페이스는 IoT 기능을 갖는 netX기반의 통신제품으로 netIC IOT와 같은 모듈형 제품을 생산 및 공급하고 있다.

힐셔 넷프록시

netPROXY

 

netIC IOT는 필드 디바이스용 지능형 멀티 프로토콜 모듈로 하나의 하드웨어만으로 모든 Real-Time Ethernet 슬레이브 프로토콜을 지원한다. OEM 고객들은 엔지니어링 툴을 이용하여 고객 어플리케이션 소프트웨어에서 한번만 개발하면 되는 고객 디바이스용 프로토콜 독립형 객체 모델을 생성한다. 네트워크 프로토콜 변경은 툴 내에서 ‘Build Process’를 통해 전적으로 진행되기 때문에 어플리케이션에 필요한 네트워크 별 조정이 없으며 OEM은 정확히 하나의 하드웨어와 소프트웨어 설계로 진정한 멀티 프로토콜 디바이스를 구현할 수 있다.

힐셔코리아 원일민 지사장은 “스마트 팩토리의 구축에 있어 가장 중요한 포인트는 IT영역과 OT영역의 연결에 있다”고 언급하며, “힐셔는 netIOT를 통해 시스템 설치시 발생할 수 있는 리스크를 최소화시킬 수 있게 하고자 한다. 기존OT영역의 사용자들이 IT영역으로 데이터를 전송하거나 클라우드에 연결함에 있어서 사용자의 실수나 의도치 않은 수고를 덜어줄 수 있는 제품과 서비스를 지원하고 있어 시스템 설계나 설치시 발생할 수 있는 오류나 리스크를 최소화 시켜준다”고 덧붙혔다.

힐셔 netIOT 제품에 대한 자세한 설명은 홈페이지 https://www.hilscher.com/products/product-groups/industrial-internet-industry-40/ 에서 확인할 수 있다.

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스마트공장

맥심, 필드버스 통신 설계용 초소형 고효율 절연 RS-485 모듈 출시

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맥심, 2.5kV 절연형 RS-485/RS-422 모듈 트랜시버 MAXM22511’

경쟁 솔루션 대비 35% 작은 패키지에 2배 높은 전력 효율성 제공

맥심 인터그레이티드 코리아(대표 최헌정)가 2.5kV 절연형 RS-485/RS-422 모듈 트랜시버 ‘MAXM22511’을 출시했다. MAXM22511은 공장자동화, 모터제어, 산업용사물인터넷(IIoT) 애플리케이션에 알맞게 필드버스(field bus) 통신 설계를 대폭 줄이고 단순화한다.

완전한 산업 융합에는 자동화된 공장에 자가 진단을 내리고 자율적인 기능을 실행할 수 있는 인텔리전스가 요구된다. 실시간 상태와 상황 정보를 적극적으로 모니터링하고 전달하기 위해 잡음이 심한 산업 환경에서도 작업을 지원하면서 엄격한 크기 및 전력 효율 요구조건을 충족하는 필드 버스 통신 시스템이 필요하다.

맥심, 2.5kV 절연형 RS-485/RS-422 모듈 트랜시버 MAXM22511’

맥심, 2.5kV 절연형 RS-485/RS-422 모듈 트랜시버 MAXM22511’

절연 통신 집적회로(IC) 제품군 중 첫 번째 제품인 MAXM22511은 이 같은 문제를 해결하면서 필드 버스 통신 시스템 설계를 간소화한다. MAXM22511은 디지털 절연기, 트랜시버(transceiver), 트랜스포머, 트랜스포머 드라이버가 모두 포함돼 부품(BOM) 비용을 낮추고 설계를 단순화시키는 고집적 모듈이다.

MAXM22511은 25Mbps 데이터 전송률을 지원하고 60% DC-DC 효율과 +/-35kV 정전기방전(ESD) 보호를 제공한다. 효율과 ESD 보호 모두 경쟁사 대비 2배 높은 성능을 자랑한다. MAXM22511이 제공하는 2.5kVRMS 절연 등급은 안정적 통신을 지원해 산업 장비가 안전하게 작동하도록 보장한다. 이 모듈은 전자파간섭(EMI)을 줄이고 경쟁 솔루션보다 2배 높은 +/-35kV ESD 보호(인체모형(HBM))를 지원한다. 경쟁사 대비 35% 더 작은 9.35mm x 11.5mm LGA(Land Grid Array) 패키지로 제공된다.

퓨처 일렉트로닉스(Future Electronics)의 바셀 라힐(Bassel Rahil) 매니저는 “필드 버스 통신 시스템 설계자는 솔루션 소형화와 뛰어난 전력 효율성 달성에 어려움을 겪고 있다”며 “인더스트리 4.0 요구에 맞춰 강력한 절연 통신 솔루션을 제공하는 MAXM22511은 산업 융합을 위한 맥심의 지속적인 노력을 보여준다”고 말했다.

맥심 인터그레이티드 제프 드앤젤리스(Jeff DeAngelis) 인더스트리 및 헬스케어 비즈니스 총괄은 “인더스트리 4.0은 폼팩터 축소부터 전력 효율성 증대, 까다로운 환경에서의 견고한 작동에 이르기까지 산업 장비의 기본 부품에 대해 엄격한 조건을 요구한다”며 “MAXM22511은 작고 강력하며 효율적인 필드 버스 통신 경로 설계를 간소화한다. 디지털 공장의 실시간 상태와 상황 정보를 수집하고 이를 클라우드로 보내 공장 처리량을 최적화하고 생산성 손실을 줄일 수 있다”고 말했다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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