네트워크의 안전 분야가 최근 뜨겁다. 각 장비의 안전을 넘어 공정과 공장 그리고 작업자를 모두 보호할 수 있는 기술이라는 것이 전문가들 견해다.
생산성 향상
설비종합효율(OEE)를 통해 네트워크식 안전과 하드웨어 내장식 안전의 작업 중단 혹은 지연을 비교함으로써 각 방식의 효율성을 비교할 수 있다. 네트워크식 안전은 일종의 안전지대(Safety Zone)을 만들 수 있다. 안전지대 안에서는 속도가 줄어드는 대신, 장비의 막힘이나 고장 등을 처리하는 과정 혹은 소모품을 보충하는 등의 작업으로 인해 장비를 멈추는 일이 없다.
아주 짧은 중단조차 그 발생이 잦으면 생산 면에서의 손실을 야기하고, 전류 스파이크를 만들어 효율적인 정상 상태에서의 속도를 유지할 수 없게 된다.
안전 모션
안전 모션은 생산성을 높일 수 있는 기회를 제공한다. 구체적으로 모터의 위치와 속도 그리고 토크에 따라 다양한 방식으로 모터 제어를 유지한다. 네트워크식 안전 모션의 성능은 오늘날의 서보드라이브가 가지고 있는 안전 토크 오프(Safe Torque Off, STO) 기능의 성능을 뛰어넘는다. 안전 모션은 장비가 안전한 상태(Safe Mode)를 유지한 채 계속해서 작동할 수 있도록 만든다.
안전 모션을 드라이브 트레인(동력전달기구)에 적용하면, 기존의 모든 전원을 차단하는 방식보다 사용하기 편리해진다. 안전 모션은 의미 있는 진단 기능을 제공하고, 부품 및 배선의 비용을 줄이며, 안전지대 내에 접근해서도 장비를 계속해서 작동할 수 있도록 만든다.
다음은 안전 모션의 몇 가지 예다.
·SOS(Safe Operating Stop): 웹 핸들링(Web Handling)과 같이 장비가 정지하는 동안에도 위치를 유지해야 하는 경우에 사용한다.
·SLS(Safe Limited Speed): 기계가 작동하는 속도를 줄여 인간이 개입할 수 있도록 한다.
·SDI(Safe Direction): 한 방향으로만 작업을 수행할 수 있도록 함으로써 병목구간을 없앤다. 이를테면 개체를 다시 끌어오는(Draw) 것을 막는다든지, 움직이는 부품들 사이에 새로운 동작을 가하지 못하게 만든다.
안전 모션, 응답 시간이 중요하다
안전 모션을 활용할 때에는 안전 모션시스템의 응답 시간이 안전 속도 및 토크의 제한과 직접적인 관련이 있음에 주의해야 한다.
안전 네트워크의 응답률(Response Rate)이 가진 범위는 빠르게는 수 밀리초부터 늦게는 80밀리초까지 다양하다. 응답 시간의 스펙트럼 중 느린 쪽의 끝부분(Slower End)은 안전 제한속도(Safe Limited Speed, SLS)와 같은 것들을 실용적이지 못하게 만든다.
빠른 응답은 또한 장비가 차지하는 공간, 즉 크기가 더욱 줄어듦을 의미한다. 보호망(Guarding)과 장비 사이에 버퍼 존(완충 지대라고도 한다)이 불필요하기 때문이다.
확장성
네트워크식 안전 제품은 유연함이 필수다. 하드웨어를 변경하지 않고도 현존하는 다양한 안전 무결성 기준(Safety Intergrity Level, SIL) 혹은 성능 수준(Performance Level, PI)을 충족하기 위해서다.
안전 릴레이가 확장성이 덜한 이유 중 하나는 전기 기계식 스위치의 물리적인 마모율이 전자 장비에 비해 더욱 크기 때문이다. 따라서 높은 평균고장수명(Mean Time To Failures, MTTF)을 유지하기 위해 더 많은 비용이 든다.
반면 프로그래밍이 가능한(프로그래머블) 장비는 높은 수준의 진단 범위(Diagnostic Coverage, DC)를 가지고 있다. 이러한 기능은 PL d-e, SIL3, CAT(카테고리)4 등 높은 안전 등급을 위해 반드시 필요한 기능이다.
IP67 등급을 획득한 원격 안전 I/O 블록은 모듈형 설계를 지원한다. 이로 인해 작동에 필요한 배선 길이 및 장치에 필요한 캐비닛 공간을 줄인다.
오늘날의 안전 규정을 준수하라
최근 EU가 발표한 기계류의 지침(Machinery Directive)에 따르면, EN ISO 13849-1 규정이 기존 규정인 EN 954-1을 대체했다. 새로운 표준은 이전의 표준이 개발되었을 당시에는 사용할 수 없던, 네트워크식 안전 및 프로그래밍 가능한 안전 기능을 제공하고 있다.
이제는 낡은 EN 954 혹은 ANSI B.11표준으로부터 벗어나야 한다. 이들 표준은 이미 유럽에서는 사용을 권장하지 않고 있다. 유럽에서는 이미 새로운 표준을 준수하고자 하는 움직임이 활발하다. 아직까지 오래된 표준을 적용하고 있는 북미 지역과 대조적이다.
범용성이 무기, openSAFETY
다양한 버스를 제공하는 업체의 전용 안전 프로토콜을 지원할 필요성이 늘어나고 있다. 이는 구성요소 비용 및 통합에 대한 비용을 높인다.
openSAFETY는 사실상 모든 주요 산업용 네트워크의 응용 계층에서 작동함을 입증한 바 있다. 이더넷/IP·모드버스 TCP·프로피버스·SERCOS Ⅲ·이더캣 등 다양한 네트워크에서 활용할 수 있는 프로토콜인 것. 또한 파워링크 프로토콜을 위해 개발된 네트워크 표준인 만큼, 파워링크와의 궁합 역시 입증되었다.
openSAFETY는 네트워크식 안전장치가 통일적이고 특허 및 라이선스에서 자유로운, IEC 및 TU··V 인증을 받은, 검증된 성능을 제공하는 개방 소스 프로토콜을 활용할 수 있게 된다.
장비 구성 대시보드 및 원격 진단
아크 플래시 규정을 적용하면 더 이상 간단한 작업을 위해 캐비닛을 열고 전원을 넣을 필요가 없다. 24VDC 제어전원이라도 말이다. 안전 릴레이에 접속하기 위해 전자식 캐비닛을 열 필요 없이 네트워크식 안전장치가 원격으로 장비의 전원을 진단할 수 있게 된다.
일부 네트워크식 안전 시스템은 장비 구성 대시보드 기능을 제공한다. 네트워크식 안전 시스템을 통해 안전 기능을 확인하며 제어할 수 있다. 네트워크식 안전 시스템은 또한 프로그래밍 변경이나 갱신 등의 작업이 필요 없어 장비의 기계적 변경 역시 용이하다.
기존의 안전 기능은 문 잠금장치가 아주 약간 어긋나있거나 응급 정지(E-Stop) 기능의 타이머가 꺼져있을 때 이 현상을 밝혀내기 어려웠다. 네트워크식 안전을 활용하면 진단 기능을 통해 오류를 분명하게 발견할 수 있다.
일부 네트워크식 안전 시스템은 또한 열전대(서모커플) 등의 온도센서를 탑재하고 있다. 이를 통해 안전 온도 모듈(Safe Temperature Module)로 직접적으로 연결할 수 있다.
수명주기 비용
네트워크식 안전의 예상수명은 약 20년정도이다. 전기 기계식 안전 릴레이보다 훨씬 긴 수치다. 전기 기계식 안전 릴레이는 여러 구간에서 계속해서 교체해주어야 한다(즉, 간격이 뒤죽박죽이다). 일부 업체는 예방 차원에서 아예 매년 안전 릴레이를 교체하기도 한다. 릴레이의 주파수 교체(Switching Frequency)는 사용 기간(즉, 작동 수명)에 영향을 미친다. 이는 전자기기를 위한 요소라고는 보기 어렵다.
응급 정지로 인한 불필요한, 필요 이상의 마모 및 손상 또한 줄일 수 있다. 전출력 강하(Full Power Drop) 이후에 일어나는 드라이브의 빠른 회전은 열손상의 누적을 야기한다.
기어박스를 예로 들어보자. 1천 달러짜리 기어박스는 하드 스탑(기계장치가 기구의 이동을 제한하는 경우를 말한다. 출처 윅셔너리)이 500회 정도 일어난 뒤 반드시 교체해야 한다. 만약 하루에 2교대로 작업하는 현장에서 교대작업마다 한 번씩 응급 정지가 발생한다면, 기어박스는 고작 8개월 동안만 유지할 수 있을 뿐이다.
구체적이지 않으면 얻을 수 없다
개방형 안전·네트워크식 안전의 적시 도입은 사용자가 요구하는 사항을 설계 명세서에 추가하는지의 여부에 달려있다. 이에 대해 자세히 알고 싶다면 openSAFETY 누리집(www.open-safety.org)을 참조하면 된다.
지난 2011년, DDASCA(Dependable Distributed Architecture for Safety Critical Applications) 협력단은 openSAFETY 프로토콜을 채택한 바 있다. openSAFETY 프로토콜은 IEC 61508 표준을 준수하며, IEC 61784-3 FSCP13 안전 버스 표준에 따른 시험을 거쳤다. 이 협력단에는 에어버스 및 프랑스 국영철도 등이 구성원으로 참여하고 있다.
오늘날 여러 산업 표준은 하드웨어 내장식 릴레이가 아닌, 네트워크 안전 장비를 기반으로 개방형 안전(Open Safety)을 구축하도록 명시하고 있다. 이를 통해 사용자들은 의미 있는 방법으로(Meaningful Way) 장비 및 기술을 선정할 수 있다. 또한, 2개월에 걸쳐 이 문서에서 설명한 바와 같이, 네트워크식 안전은 기계 및 장비의 비용을 높이지 않고도 구축할 수 있다.
