네트워크의 안전 분야가 최근 뜨겁다. 각 장비의 안전을 넘어 공정과 공장 그리고 작업자를 모두 보호할 수 있는 기술이라는 것이 전문가들의 견해다.
  네트워크화한 안전(Networked Safety)은 통합 시스템·조직·생산라인 등에 걸친 네트워킹 안전 기능을 중점적으로 다루고 있다.

오늘날 장비 및 기계 제조업체는 자사의 장비를 넘어서는 범위의 안전은 책임지지 않고 있다. 또한 제조업체들은 안전 PLC를 내장하는 것조차 지나친 비용으로 간주하고 있다. 고객이 필요로 하지 않는 기능이라는 것이 제조업계 관계자들의 설명이다. 

하지만 이러한 추세와 달리, 오늘날 주요 독립 장비는 안전회로(Safety Circuit)의 내장 여부가 장비 선택 기준으로 작용하고 있다.

거대한 잠재성 

안전회로(Safety Circuit)를 현대화하려는 시도에도 불구하고, 지금까지의 내장형 장비들은 기초적인 통신기능만 지원해 온 것이 사실이다. 하지만 하드웨어에 안전 기능을 내장하는 것이 표준으로 작용하는 이상, 효율성·응답 시간·진단·생산성 등에 관한 큰 개선은 이뤄지지 않을 것이다. 이러한 사실을 깨닫자, 업계의 인식은 조금씩 변화하고 있다. 

네트워크 안전의 확산, 지불한 만큼 절약된다

이 말에 기시감이 드는 것이 당연하다. 비슷한 현상이 이미 여러 차례 등장했기 때문이다.
첫 번째 사건은 센서와 컨트롤러 사이에서 장기간 ‘왕좌’를 차지하고 있던 배선 장치를 필드버스가 대체한 것이다. 이 ‘혁신’의 뒤를 모션 버스가 따랐다. 세 번째 발전으로는 별도의 네트워크가 융합해 산업용 이더넷이 태어난 것을 들 수 있다.

하나의(동일한) 이더넷 케이블에 안전 기능이 집중되는 것 또한 불가피한 일이었다. 다른 네트워크화한 제어 응용 장치들과 동일한 안전 혜택을 취하기 위해서는 이더넷 케이블을 활용하는 것이 필수적이었다. 

안전 관련 기능 중 가장 중요한 것은 진단 기능이었다. 이는 안전 측면에서 정확한 접근보다는 예방적 차원에서 선호되었다. 

네트워크화한 안전은 또한 모듈형 설계를 지원하며 주문제작(커스터마이제이션)을 단순화하여 비(非) 보호 제어장치를 네트워크화해 사용하기 편리하게 만들었다.

안전한 움직임(Motion)과 로봇(Robotics) 그리고 지역화한 안전(Zoned Safety)은 오늘날 실제로 현장에 적용되고 있는 기술들이다. 하지만 이 기술은 꾸준히 진행되고 있는 경우가 적고, 기술 중심적이며, 유럽 OEM 업체에 의해 주로 적용되고 있다.

네트워크화한 안전을 모든 장비 및 기기에 적용하기 위해서는 네트워크화 안전 기능에 내장형 보호 장비의 설치비용과 비교해 가격적인 경쟁력이 필요하다.

비용 돌파구 : 보호 I/O 슬라이스, 안전회로를 대체하다 

안전 기술 분야에서 최근 발전된 것은 보호 I/O 슬라이스가 등장한 것이다. 이로 인해 안전 PLC를 사용하지 않아도 장치를 보호할 수 있게 되었다. 보호 I/O 슬라이스가 등장함에 따라 장치 비용이 내장형 보호 장비와 비등하게 하락했으며, 설치 및 실험에 드는 비용 역시 낮아졌다. 

보호 I/O 슬라이스는 네트워크화 안전 기능의 사용에 중요한 돌파구가 되어주었다. 네트워크화 안전이 개인용 기계의 표준이 되거나 무료에 가까운 저렴한 비용을 제시하기 전까지는 생산라인 간의 네트워킹 안전 역시 대단히 강력하지는 않았다. 시장을 장악하기 어려웠던 이유다.  

장비 보호 및 안전 시스템을 위한 설계·설치·유지보수에 드는 실제 가격을 분석한 결과, 네트워크화 안전이 시스템의 총 소유비용(Total Cost of Ownership)을 낮춰준다는 것이 밝혀졌다. 수동 타자기와 비교했을 때 워드 프로세서의 편익처럼 말이다. 

설치비용 비교 

다음은 단순한 수직형 형성·충진·밀봉 기계와 약간 더 복잡한 포장 기기의 가격을 비교한 것이다. 비교 사항으로는 다음과 같은 것들이 있다.

1. 설계 및 설치에 드는 노동력

4. 배선·종단(Terminations)·트레이 등의 하드웨어 비용   

가격 비교 : 수직형 포대 장치(배거)
수직형 형성·충진·밀봉 기계는 가격에 민감한 시장에서 경쟁하고 있다. 따라서 네트워크화한 안전을 적용하기에는 비용이 부담스럽게 느껴질 수 있다. 

하지만 실제 I/O 기반 네트워크 안전 장치의 구성요소 비용은 기존의 내장형 릴레이보다 약간 높을 뿐이다. 여기에 응용사례에의 설치 및 실험 비용을 감안하면 네트워크의 안전 기능을 구축하는 비용은 기존 내장형 릴레이의 비용보다 저렴해진다. 노동 비용이 반복적으로 발생하는 경우나 생산 중단을 고려하지 않는 경우에도 마찬가지다.

작업을 마치기까지 부가적으로 소요되는 시간과 비용 그리고 재료비에 대한 내용은 표 1과 2를 참조하면 된다.

  가격 비교 : 상자 포장 장비
기계가 커지고 복잡해지며 기능이 많아짐에 따라, 내장형 보호 장비와 네트워크화한 안전의 설치비용 차이 또한 더욱 커지고 있다. 

상자 포장 장비를 예로 들어보자. 내장형 보호 장비보다 네트워크화한 안전장치의 비용이 적게 든다. 실제로 프로그래밍 시간이 조금 더 추가되었음에도 배선·실험·문제해결·설계 비용은 상당 부분 줄어들고 있다.

작업을 마치기까지 소요되는 시간과 비용 그리고 재료비에 대한 내용은 표 3과 4를 참조하면 된다. 

 
상세 분석 : 내장형 라이트 커튼
그림 1은 양 손으로 제어하는 내장형 라이트 커튼을 설명한 것이다. 두 개의 안전 릴레이가 연결되어있음을 볼 수 있다. 둘 중 하나가 작동하면 시스템이 모터를 멈추도록 구성되어있다. 내장형 라이트 커튼은 각 장치가 시스템에 잘 연결되어있는지, 장치가 올바르게 작동하는지에 대한 철저한 인증 시험을 거쳐야 한다.  

상세 분석 : 네트워크화한 라이트 커튼 
그림 2는 양 손으로 제어하는 네트워크화한 라이트 커튼을 설명한 것이다. 라이트 커튼에 네트워크화한 안전을 실행함으로써 배선을 단순화했다. 안전 PLC는 장비의 기능을 평가하고, 안전 인증을 받은(Safety Rated) 기능 블록(Function Blocks)을 통해 라이트 커튼의 외부로부터의 침입에 대한 반응을 결정한다. 안전 PLC는 산업용 이더넷 네트워크를 통해 통신하며, 기계와 생산라인의 컨트롤러를 통해 운영 상황의 변화를 알린다.

  상세 분석 : 내장형 문 잠금장치 
그림 3은 시간 지연형 기계식 릴레이를 탑재한 내장형 문 잠금장치를 설명한 것이다. 안전 기계식 릴레이는 모터와 문 잠금장치 사이에 연결되어있다. 릴레이는 다이얼을 사용해 수동으로 환경을 설정할 수 있어야 한다. 모터에 대한 전력을 차단하고 문 잠금장치를 해제하기까지의 지연시간에 대해 매개변수화(Parameterize)하기 위해서다. 이는 각 매개를 변경할 때마다 전기 캐비닛 및 장비를 정지시켜 장비가 시간 지연(Time Delay)을 변경해야 함을 의미한다. 이 시스템에는 피드백 기능이 없다. 따라서 모터가 구동되지 않는 경우라 하더라도 시간 지연이 필요하다. 또한 각 연결은 시스템이 적절히 연결 및 운영될 수 있도록 철저한 인증 시험을 거쳐야 한다. 

상세 분석 : 네트워크화한 잠금장치
그림 4는 네트워크화한 기계식 릴레이를 탑재한 내장형 문 잠금장치를 설명한 것이다. 네트워크화한 안전을 실행함으로써 배선을 단순화할 수 있다. 안전 PLC는 모터에 흐르는 전력을 차단하는 것과, 안전 인증을 받은 기능 블록을 통해 문 안으로 들어가고자 하는 요청에 반응하는 것 사이의 시간 지연을 설정할 수 있다. 이는 이더넷 네트워크를 통해 시스템 매개변수를 변경할 수 있으며, 작업 과정에서 시스템 종료가 불필요함을 의미한다.