안전(Safety)과 보안(Security)를 위한 새로운 기술이 필요하다

자동차 제조 라인, 화학공정 플랜트, 사회 인프라 시스템 등과 같은 산업 시스템에서는 장비 시스템과 작업자 모두의 안전을 최대화해야 하는 과제를 안고 있다. 이를 해결하기 위해 많은 시스템 개발자들은 이중화 시스템과 안전 펜스, 안전 매트, 레이저 스캐너와 같은 각종 안전 기기들을 적용하고 있는 중이다. 새롭게 출시된 필츠의 SafetyEYE는 이러한 장비 시스템과 작업자의 안전을 동시에 충족시키며, 안전과 보안은 물론 여기에 설비 사용 및 운전에서의 편리성을 더해 주고 있다.
세계적인 산업 안전 자동화 솔루션 회사인 ‘필츠’(www.pilz.com)는 세계 최초의 3차원 제어, 감시가 가능한 안전 카메라 시스템 ‘SafeEYE(세이프티아이)’를 개발했다.
다임러크라이슬러와 공동으로 개발한 ‘SafetyEYE(세이프티아이)’는 3차원 지역 감시용 안전 카메라 시스템으로 산업 자동화의 안전 분야뿐 아니라 박물관 등의 보안 시스템으로도 활용이 가능하여, ‘안전’ 및 ‘보안’ 분야에 새로운 지평을 열었다는 평가는 받고 있다.
‘SafetyEYE(세이프티아이)’는 기존 다양한 응용 시스템과 여러 개의 감지 센서를 설치해야 하는 위험 또는 보호 지역 주변을 3차원 맞춤형 보호 코쿤을 설치 함으로써 안전 ‘제어’와 ‘감시’ 및 ‘보호’의 3가지 기능을 단일 시스템으로 통합 관리함으로써 50% 이상의 생산성 제고 및 비용 절감 효과를 가져 올 수 있다.
‘세이프티아이’에 의해 감지되는 지역들은 PC 모니터 상에서 유연하고 빠르게 설정이 가능하며 이로써 ‘안전성’ 분야에서는 향상된 생산성과 유연성을 ‘보안’분야에서는 대상물의 지속적인 모니터링과 경비가 가능하여 안전 및 보안 시스템의 새로운 패러다임를 제시하는 획기적인 제품이다.
다임러크라이슬러 메르세데스 자동차의 Günter Walz 생산부장은 “이 새로운 시스템은 설비를 보호하는 동시에 작업자들을 더욱 안전하게 보호할 것이다”고 말하고, “2007년 중에 다임러클라이슬러에서 성공적인 가동에 들어가면 자동차 제조 공장에서의 새로운 안전 규격으로 자리잡게 될 것이다”고 전망했다.
필츠의 Renate Pilz 회장도 “SaftyEYE는 생산성을 증대시키고 비용 감소를 도와줄 수 있는 혁신적인 장치로서 3차원 지역 내 대상물을 안전하게 보호하는 센서 이상의 의미를 지닌다” 라고 밝히고, “카메라 기반의 이미지 프로세싱은 산업 분야에서뿐만 아니라 광학센서 기술의 혁명을 일으킬 것이다. 필츠는 세이프티아이의 혁신 기술로 인해 보안 분야에서의 훌륭한 미래를 맞게 될 것을 확신한다”고 말했다.
현재의 안전관련 솔루션은 한계가 있다
하나 이상의 안전 펜스(safety fences)로 보호되는 로봇 작업 영역을 예로 들면, 로봇은 일반적으로 안전문 감시 스위치와 레이저 스캐너, 라이트 커튼 같은 추가적인 보호장치가 필요하다. 이러한 장치를 이용하여 사람이 위험지역내에 들어오는 것을 감지하여 안전기능을 수행하고 있지만, 현재의 안전과 관련된 솔루션은 많은 한계를 가진다.
라이트 커튼, 레이저 스캐너와 같은 광전자 공학(optoelectronic)의 보호장치의 감시영역은 평면만 모니터링 할 수 있을 뿐, 입체적인 위험공간을 모니터링할 수는 없다. 따라서 작업 영역을 시각적으로 확인할 수 없을 경우 안전매트를 사용하는 것이 가장 일반적인 해결방안이었다. 로봇 작동을 지속적으로 모니터링 하려면 많은 기술적 투자를 해야만 가능하며 위험 상황에 접할 경우 로봇은 바로 멈추도록 되어 있어 로봇의 정상적인 재작업을 위해서는 이전의 정확한 위치로 되돌려야만 한다. 이러한 작업은 시간이 걸리며 생산라인을 작동시키는 작업구간에 영향을 주기도 한다.
로봇 작업영역 등을 안전하게 보호하기 위해서는 복잡한 구성과 배선들로 비용과 사용에 있어 불편함을 겪게 되는데 이것은 바로 현재의 안전 관련 솔루션에서의 세번째 단점으로 지적된다.
혁신적 솔루션을 위해 다임러크라이슬러와 기술 공유
필츠의 안전 카메라 시스템은 현재의 안전 솔루션과 관계된 불편함을 해소하기 위한 것에서 비롯된 것으로 새로운 개념의 구역 모니터링과 안전 카메라 시스템 아이디어를 이용한 것이다.
다임러크라이슬러는 공정개발, 자동화, 제어 부문에 대한 새로운 모니터링 시스템 전략에 대해 고민하던 중 감시 지역을 카메라와 결합, 모니터 할 수 있도록 3차원 입체로 재현하도록 하는 아이디어를 개발하였다. 이는 위험지역에 들어오는 감시 대상자를 이미지 처리하는 알고리즘을 사용하는 것으로 비주얼 어시스턴트 시스템(Visual assistances system) 사용이 출발점이었다.
울름(Ulm)에 위치한 다임러크라이슬러 연구센터의 기술 이미지 프로세싱 연구실에서는 운전자의 위험인지를 목적으로 개발한 이 시스템을 3차원용 이미지를 나타낼 수 있는 알고리즘으로 연구, 개발하였으며, 필츠는 이러한 알고리즘을 산업용 용도에 맞추어 개발하고 이 시스템을 개발 및 생산하는 역할을 담당하고 있다.
보호, 감시, 제어의 기능을 하나로 통합
전체 시스템은 감지 장치(sensing device), 고성능 컴퓨터(high performance computer)와 프로그램이 가능한 안전 제어 시스템(programmable safety and control system)으로 구성된다. 감지 장치는 3대의 카메라로 이루어져 이미지 데이터를 전송, 모니터링 할 수 있다. 고성능 컴퓨터는 광케이블을 통해 이미지를 받고 복잡하지만 안전한 알고리즘을 사용하여 3차원 형태의 이미지를 작업하는 분석기기로 사용된다. 이것은 3차원으로 목표물을 관찰하여 그들의 정확한 위치를 보여주며, 이 정보는 이 지역의 문제가 있는지 없는지를 결정하면서 시스템 내에서 나타나는 감시지역과 합성된다.
컴퓨터는 이미지 처리 결과를 프로그램이 가능한 안전 제어 시스템인 PSS로 넘겨준다. PSS는 기계 제어부의 인터페이스이며, 전체 SafetyEYE의 작동을 제어한다. 분석 기기가 감시지역에 문제가 있다고 판단되면 기계 시스템 정지 신호를 보낸다. 주변기기와의 결합은 SafetyBUS p 안전 버스 시스템을 통하여 가능하며 향후에는 SafetyNET p Ethernet을 통해 가능할 수 있게 될 것이다.
세이프티 카메라 시스템으로 운영되는 감시 지역과 경고 지역은 다른 모든 변수들과 마찬가지로 PC 환경 설정과 특별한 소프트웨어 패키지 사용으로 설정할 수 있다.
완벽한 SafetyEYE 안전개념은 다운타임을 줄일 수 있다
SafetyEYE을 사용하는 로봇 작업영역 위에 감지장치를 장착하면 전반적인 작업을 관찰할 수 있어 모든 통제가 가능하다. 안전기술이 지속적으로 작동하는 것을 모니터로 볼 수 있어 오작동 상태가 지속되는 상황은 일어나지 않는다. 색깔, 반투명 입방체, 직평형 6면체로 이루어지는 3차원적 경고 감시지역은 카메라의 이미지와 중첩되어 로봇의 작동 움직임이 이러한 지역 구분 안에서 이루어지게 한다. 위험 지역은 경고 지역과 감시 지역으로 만들어진 가상의 공간이며 이러한 지역으로 들어오는 대상물은 위험요소이다.
필츠의 SafetyEYE의 확연한 특징은 감시 지역에 문제가 있을 경우, 무조건적으로 자동적인 비상 정지를 유발하지 않는다. 로봇이 작동하는 구간에 작업자가 가상 감지 지역을 침입하면 시스템의 제어부는 로봇의 움직임 속도를 현저하게 낮추게 한다. 작업자가 경고 신호를 통해 위험을 인식하여 가상 감지 구역에서 벗어나 정상적인 작업영역에 있다면 로봇은 정상적인 속도로 돌아갈 것이다. 작업자가 위험 지역으로 들어갔을 경우에만 로봇의 작동을 정지시키며 이 점이 기존의 다름 보호 장치와 다른 것으로 SafetyEYE로 진행되는 작업 과정은 정확하게 통제되며 유연하게 대처할 수 있는 장점이 있다.
간편한 보호 및 경고 지역의 설정
김시와 경고 지역은 복잡한 지역 배치들을 결합할 수 있으며 이러한 상황은 PC상에서 빠르고 이해가 쉽게 나타나기 때문에 조작이 쉽다. 기계 상의 여러 작동 모드가 다른 지역과의 연계를 요한다면 이러한 요구는 기계 작업 사이클을 거치는 동안 안전 버스 시스템 SafetyBUS p를 경유하거나 세이프티와 컨트롤 시스템이 프로그램화되어 있는 PSS상의 디지털 입력을 경유하여 빠르게 바뀔 수 있다. 감시 지역이 결정되었다면 사용자는 SafetyEYE 설정 프로그램을 통해 마우스로 영역을 설정할 수 있다. 따라서 위험 지역의 감시는 기술적인 기반의 접근이 아닌 사용자의 작업공정에 따르게 되어 사용자에 더 많은 유연성을 제공할 수 있다.
다른 기존의 보호 장치가 작동하는 데에는 적어도 하루가 걸린다면 SafetyEYE는 단지 몇시간만에 가능하기 때문에 SafetyEYE를 사용하였을 경우 보다 경제적일 수 있다. 감시 지역에 문제가 생겼을 경우에도 통합 진단 기능이 처리하기 때문에 휴지기간(Downtime)을 최소화 할 수 있다.
인체 공학적 상호 작용
기존의 센서기술과 비교해보면 세이프 카메라 시스템은 하나의 시스템으로 보호(protect), 제어(control), 감시(monitoring) 할 수 있는 장점이 있다.
SafetyEYE는 제어 및 통제 기능은 기본이며 몇 개의 독립된 감시지역 또한 모니터링 할 수 있어 비용의 감소뿐만 아니라 구성 요소를 최소화할 수 있다. SafetyBUS p와 같은 버스 시스템, 또는 향후 출시가 준비중인 SafetyNET p와의 직접적인 연결은 장비와 설비를 줄일 수 있게 한다.
SafetyEYE는 조감도처럼 공장을 보호한다. 인간과 기계가 함께 완전히 조화롭게 일하는 것을 가능하게 하며 넓은 범위가 요구되는 기계 엔지니어링 애플리케이션을 세이프 카메라 시스템의 사용으로 충족할 수 있다.
마치며
안전(safety)이 대상물로부터 환경 보호를 의미한다면 보안(security)은 환경에서 대상물을 보호한다. 이것은 박물관 전시장을 모니터링 하거나 빌딩을 보호하는 것을 의미한다. SafetyEYE는 기존장치와는 다르게 평면상에 나타나는 여러가지 대상물을 지켜보기만 하는 것은 아니다.
“카메라를 기본으로 한 이미지 처리과정은 광학 센서 기술뿐만 아니라 산업 전반에 급속한 변화를 가져올 것이다. 또한 SafetyEYE는 보안 분야에서도 새로운 혁신과 훌륭한 미래를 가져올 것이라고 확신하다”고 Renate Pilz 회장은 말했다.
현재 메르세데스-벤츠의 신형 C-클라스 자동차 생산라인에 첫번째 SafetyEYE가 적용되고 있는 것으로 나타나고 있으며, 작업 로봇과 작업자를 동시에 보호하는 새로운 안전시스템으로 자리잡을 것으로 전망된다.
라이트 커튼, 레이저 스캐너 등과 같은 전통적인 기계 안전 시스템과 비교하여 SafetyEYE는 설치공간의 절감은 물론 상당한 기계 다운타임을 줄여줄 수 있다. 더구나 SafetyEYE 시스템의 설치 및 유지보수 비용에 있어서도 SafetyEYE 시스템은 단 2시간이면 인스톨과 컨피규레이션이 가능하기 때문에(기존 라이트 커튼 시스템의 경우 하루 이상 소요), 안전 라이트 커튼에 비해서 70%이상 코스트를 절감할 수 있다.
한편 SafetyEYE는 기계 안전 및 기계 안전을 위한 설계지침 국제 규격인 EN 954-1 Category 3, IEC/EN 62061 Safety Integrity Level (SIL) 2 및 prEN ISO 13849-1 Performance Level (PL) ‘d’ 등급의 인증을 앞두고 있다.
아이씨엔 매거진 2007년 07월호