안전 컨트롤러란?
안전 컨트롤러는 안전 입력 기기에서 받은 신호로 기계가 안전하게 작동하는지 여부를 판단하고 제어하는 기기를 말합니다.
위험할 경우 기계를 가동하지 않거나 기계를 강제 정지 제어하는 기능이 있습니다. 기능 안전 기준에 따른 전자 부품과 소프트웨어로 안전성이 입증된 제품이라고 할 수 있습니다.
안전 컨트롤러의 사용 용도
안전 컨트롤러는 입력기기, 출력기기, 안전 컨트롤러 자체에 이상이 없는지 확인합니다.
기계 가동 중 입력 기기에서 신호를 받습니다. 입력 장비의 예로는 비상 정지 푸시 버튼 스위치나 라이트 커튼이 있습니다. 입력 기기가 온/오프 2값 신호를 출력하고, 이 신호의 상태에 따라 출력 기기에 대해 강제 정지 제어 신호를 보내거나 입출력 기기의 상태를 모니터링합니다.
기계에 고장이 발생하면 자가 진단을 통해 고장을 감지하고 출력을 정지시켜 기계의 동력을 차단합니다. 이상 발생 시 작업자가 위험한 상태에서도 안전하게 출력기기를 정지시킬 수 있습니다.
안전 컨트롤러의 원리
안전성 측면에서 하드와이어 구성의 장비가 주류를 이루었으나, 안전회로 구성이 가능해짐에 따라 전자식 장비에서도 하드와이어 구성과 동등한 품질을 확보할 수 있게 되었습니다.
안전 컨트롤러의 내부 구조는 기능적 안전성을 고려하여 설계 및 제조되고 있습니다. 입력단자와 출력단자 사이의 내부에 입력회로, CPU, 출력회로가 있으며, CPU가 입력회로와 출력회로에 대해 상호 체크와 백체크를 하고, 장비 내부에서 CPU끼리 진단과 감시를 합니다. 이러한 점검을 통해 정상일 때만 기계가 동작하는 구조입니다.
안전 컨트롤러의 종류
안전 컨트롤러는 프로그래밍의 유무에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
1. 프로그래밍이 가능한 유형
프로그래머블 세이프티 컨트롤러라고도 하며, 기계에 맞는 안전 제어 프로그램을 만들 수 있습니다. 따라서 복잡한 로직 구축이 필요한 경우에도 유연하게 대응할 수 있습니다.
2. 프로그래밍이 불가능한 유형
일반적으로 안전 릴레이 유닛이라고 불리는 것으로, 입력과 출력을 한 쌍씩 대응하는 것부터 여러 개의 입력과 출력을 가지고 간단한 안전 제어 회로를 구축할 수 있는 것까지 다양합니다.
제품에 따라서는 프로그램 없이도 쉽게 안전 제어 회로를 구축할 수 있으며, 전체 정지 및 부분 정지를 실현할 수 있습니다.
안전 컨트롤러의 기타 정보
1. 안전 컨트롤러의 안전성
안전 컨트롤러가 안전하다는 것을 입증하기 위해서는 기능 안전 표준에 근거해야 합니다.
기능 안전 기준은 물건은 언젠가는 고장나고 사람은 반드시 실패한다는 생각을 바탕으로 합니다. 고장이나 실수로 인해 발생하는 피해의 규모에 대해 허용 가능한 위험을 감소시키는 대책을 결정합니다.
피해 규모에 따른 대책의 수준을 안전도 수준(영문: Safety Integrity Level)이라고 합니다. 안전도는 4단계로 나뉘며, 안전도 4가 가장 높은 수준의 대책을 요구하고, 안전도 1이 가장 낮은 수준의 대책을 요구하게 됩니다.
‘기능안전기준에 따른’이란 피해의 크기에 따라 대책의 수준을 정하고, 설계 근거와 제조 과정 등의 기록을 통해 대책이 제대로 반영되었음을 제3자에게 설명할 수 있도록 하는 것으로 정의하고 있습니다.
2. 안전 컨트롤러에서 사용하는 프로그램
안전 컨트롤러의 프로그램에는 사다리 방식, 플로우 차트 방식, 스텝 사다리 방식, SFC(영문: Sequential Function Chart) 방식 등 4가지가 있는데, 이 중 가장 많이 사용되는 것은 릴레이 시퀀스처럼 기술할 수 있는 사다리 방식입니다. 기술 형식이 사다리(영어: ladder)를 닮았다고 해서 사다리도 또는 사다리 프로그램이라고 불립니다.
릴레이는 외부의 전기 신호로 스위치를 켜고 끄는 전자 부품입니다. 릴레이 시퀀스에서는 센서 등의 외부 입력에 의해 제어되는 입력 릴레이와 모터 등의 외부 출력을 제어하는 출력 릴레이의 상태에 따라 타이머나 카운터의 조건에 일치할 때 출력 릴레이의 온/오프를 수행합니다.
래더 프로그램의 단점은 안전 컨트롤러 제조사마다 프로그램 작성 소프트웨어가 다르기 때문에 시스템 변경이 어렵다는 점입니다.
3. 안전 컨트롤러에 요구되는 기능
안전 컨트롤러는 기능 안전 기준을 충족하는 것이 최소한으로 요구되지만, 그 외에도 다음과 같은 사항이 요구됩니다.
기계가 강제 정지한 경우의 원인 규명
실제로는 위험한 상태가 아님에도 불구하고 입력 기기나 안전 컨트롤러가 위험하다고 판단하여 기계를 강제 정지시키는 경우가 있습니다. 그 원인이 무엇인지, 정말 위험한 상태였는지, 오작동에 의한 것인지 등 원인 규명을 단기간에 할 수 있어야 합니다.
조작성이 좋을 것
안전 컨트롤러를 구입하면 배선 및 프로그램 구현 등이 필요합니다. 생산라인을 가동하거나 재조립할 때 이러한 작업에 많은 시간이 소요되면 생산 효율이 떨어지기 때문에, 즉시 가동할 수 있고 조작이 용이해야 한다는 점이 중요합니다.