자동화 산업의 공정 작업 안전을 보장하는 ‘Safety Motion’의 개요 및 안전 기능

드라이브 안전 기능

기계류 제조업체 또는 권한 있는 담당자는 유럽 기계류 지침 2006/42/EC의 법적 요구 사항에 따라 기계류에 적용되는 안전 요구 사항을 판단하기 위해 위험성 평가가 수행되는지 확인해야 하며, 도출된 위험성 평가 결과를 고려해 기계류를 설계 및 구축해야 한다. 모션과 관련해서는 IEC 61800-5-2가 드라이브 안전 기능에 대한 규격으로서 필수 안전 기능과 요구 사항에 대한 가이드라인을 제시한다. 기계류 제조업체 또는 권한 있는 담당자는 작업장에서 일어나는 안전 사고 및 산업 재해를 방지하기 위해 위험성 평가 결과에 토대를 둔 위험성 감소 조치를 실시해야 하며, 단계적으로는 설계, 구조, 공정 변경 등을 통해 위험 수준이 허용 가능한 수준 내에 머물도록 해야 한다.

근본적으로 위험원을 제거할 수 없을 경우 그 다음 단계로 작업자가 가동 중인 장비 및 설비의 위험원으로 접근하지 못하도록 안전 가딩을 마련해야 하며, 인터록 장치 등을 통해 기계류 등의 유지보수를 위한 위험원 접근 시 동력원을 포함한 모든 에너지원(유·공압, 중력, 고온 등)이 차단된 상태에서 접근 및 작업이 이뤄지게끔 해야 한다. 이 때 드라이브 안전 기능이 작업자의 안전을 고려하고 장비 및 프로세스의 작동이 이뤄지는 동안에 작업자의 위험 구역에 대한 접근을 허용해 장비 효율은 높이고 가동 중단 시간은 최소화시킨다. 이러한 드라이브 안전 기능은 크게 ‘정지 기능’, ‘안전 모션 기능’, ‘안전 브레이크’로 구성되어 있는데, 하드웨어를 포함해 기능에 관한 신뢰성 검증이 필수적이며 관련 규격인 ‘EN ISO 13849-1/IEC 62061’에 따른 안전 등급에도 부합해야 한다.

정지 기능은 리스크에 따른 안전 기능으로, 장비 셋업 및 조정 중에 발생할 수 있는 위험성에 대해 일정 속도 이하로 제한된 저속에서 운영을 유지할 수 있도록 하는 속도 제한이 필요하다. 또한 회전 방향 감시로 인해 발생하는 의도치 않은 회전 동작으로 인해 발생할 수 있는 재해를 사전에 예방한다. 한편, 안전 모션 기능에서 하중으로 인한 자유낙하를 방지하는 브레이크 제어 기능이나 이중화 브레이크 등은 이중 안전장치에 해당되는데, 특히 브레이크 패드 등의 마모 등으로 인해 일어날 수 있는 브레이크 성능 및 적정성 저하를 주기적으로 테스트해 필요한 시점에 브레이크 장치 고장이 발생하는 상황을 사전에 예방한다.

공정 프로세스에서 공정 대기 시간 등으로 인한 일시정지 상태가 빈번하게 지속될 수 있는데, 이 때 드라이브 축의 위치 모니터링이 동력을 차단하지 않은 대기 상태 및 제어 정지 상태에서 정지 포지션 이탈이 발생할 시 드라이브 셧다운 모드로 전환되고 이를 통해 생산 효율 감소를 막는 동시에 안전을 확보한다. 안전 정지 기능의 ‘STO(Safe Torque Off)’는 서보 드라이브의 토크 발생 에너지를 즉각 차단해 의도하지 않은 위험으로부터 안전을 확보하는 안전 기능으로, 마그네틱 컨텍터 등을 통한 동력원 차단 시에 스위칭 시간 및 잔류 전압 등으로 인해 요구되는 응답 시간을 초과할 수 있다.

필츠의 솔루션

자동화 산업 현장에 안전 솔루션을 전문적으로 제공하는 필츠는 국제 안전 규정에 입각한 기계류 위험성 평가를 통해 위험성에 대한 정량적인 평가 프로세스뿐만 아니라 위험 감소 조치를 위한 솔루션과 생산성, 효율성, 안전성을 모두 확보할 수 있는 솔루션을 산업 종사자들에게 제공한다. 이와 같은 필츠의 솔루션 중 대표적인 것이 2007년에 출시된 ‘PMCprimo DriveP’라는 Safe Motion 제품인데, 이 제품은 일반 산업군을 포함해 높은 신뢰성이 요구되는 산업군에 적용 가능하며, 고성능의 높은 신뢰성과 안전 등급을 보유하고 있다.

PMCprimo DriveP는 모듈형 서보 드라이브인데, 모션 컨트롤과 Safe Motion이 통합된 형태로 구성되어 있으며 다양한 필드버스 지원을 통해 다양한 시스템 제품들과 인터페이스를 구성한다. 또한 PMCprimo DriveP는 산업용 Ethernet에 기반한 개방형 Safe Network 기술을 활용해 높은 신뢰성을 갖춘 안전 관련 데이터를 확보할 수 있다. 이외에도 PMCprimo DriveP는 드라이브에서 요구되는 상당수의 안전 기능을 내장하고 있어 다양한 위험 상황에 적합한 안전 기능을 구현 가능하며, 초기 설계 단계에서 국제 표준 규격에 대응하는 드라이브 안전 기능을 통합해 최적의 안전 기능과 높은 수준의 신뢰성 및 안전 등급을 만족시킨다.

한편, 이러한 PMCprimo DriveP는 높은 신뢰성과 안전 등급을 넘어 성능면에서도 1Mhz의 주파수 응답 속도와 25Bit(33,554,432p/rev)의 고분해능을 구현하며, 고도 정밀 제어와 62.5㎲에 이르는 빠른 스캔 시간 동기화로 고속 제어를 수행한다. PMCprimo DriveP는 이중화 구조의 외부 인코더 및 외부 브레이크를 구성할 수 있으며 다양한 인코더 인터페이스 지원으로 사용자에게 높은 호환성을 제공하는데, 분리된 모듈형 구조로 인한 제어 모듈과 축 교체 및 확장이 가능해 높은 확장성과 더불어 유지보수 시간 단축을 구현하고 이에 기반해 호환성과 효율성을 극대화시킨다.

이에 더해 PMCprimo DriveP는 안전 시스템과 안전 드라이브 간의 통합 시스템 구축에 기반을 두고 있어 모든 모듈과 장치 사이에서 실시간으로 데이터를 주고받으며, 양방향 통신을 활용해 분산화된 제어 시스템을 하나의 통합된 환경에서 프로그래밍할 수 있을 뿐만 아니라 설치, 관리 및 진단 등도 수행 가능해 엔지니어링에 드는 시간을 최대한 단축시킬 수 있다.

자료제공 | 필츠 코리아(www.pilz.com/ko-KR)