안전센서 기술 동향 및 적용 사례

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[안전 센서의 장점]

•경제적 솔루션 : 다양한 제품 법주의 센서들이 호환되며, 직렬로 연결 가능

•투자 보호 : 플랜트 환경에 추가하기 좋으며, 개/보수가 간편함

•잠재적 절약 가능성 : 바로 적용이 가능한 설치 시스템 및 종합적 솔루션 제공으로 구성, 설계, 문서화, 구매 및 설치에서 절약 가능

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Pilz는 Smart Factory KL 시연 및 연구 플랫폼의 회원사이며, Industry 4.0 공동 표준 개발에 참여하고 있다. 따라서, 이에 맞는 다양한 제품 및 솔루션을 제공하고 있다. 분산 제어 시스템 및 신뢰성을 위한 센서 기술은 산업 환경에 맞게 적용되어 왔으며 개발되고 있다.

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단순한 안전을 위한 감지 센서가 아닌 센서의 네트워크화를 통한 통합 모니터링 시스템을 구축할 수 있다. Pilz의 안전센서는 다양하게 구성되어 있으며, 국제표준을 준수하며, 다수의 인증 기관에서 테스트를 거친 제품을 제공한다. 센서의 종류에는 Guarding 장치는 물론 위치 모니터링이 가능한 안전 스위치, 표면 및 공간을 모니터링이 가능한 광학센서(예 : Light Curtain or Camera System)도 있다.

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산업 현장에서 많이 사용되고 있는 것 중의 하나가 안전 게이트 시스템의 안전 스위치 센서이다. 안전 게이트 시스템은 가드가 열리면 위험한 장비 동작을 EN ISO 14119에 따른 형태로 정지시켜야 하고, 반드시 재시동이 예방되어야 한다. 가드를 무효화하거나 부정 조작을 할 수 있어서는 안 되며, 특정 분야의 경우 위험한 생산 공정이 끝날 때까지 가드를 인터록 상태로 유지해야 하는 경우도 있다. 이러한 요구사항에 Pilz 안전 스위치 제품은 부합하기 때문에 효율적이며, 추가 기능도 여러 가지로 통합할 수 있기 때문에 경제적이다.

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안전 스위치는 접촉식과 비접촉식으로 분류되는데, 접촉식에는 기계식 타입, 비접촉식에는 마그네틱 방식을 이용한 무접점 마그네틱 타입, 무접점 코드식 타입으로 제공된다. 기계식 안전 스위치는 가드를 무효화하거나 부정 조작을 방지하기 위한 요구사항이 없는 단순한 안전 게이트용으로 적합하다. 잠금 기능이 있는 안전 스위치는 Spring force / Magnetic force 옵션을 선택할 수 있으며, 의도치 않게 가드가 열리는 것을 방지할 수 있는 어플리케이션에 사용하고 있다. 특히 코드식 타입(Coded type)은 가드를 무효화 및 부정 조작이 어렵게 설계되어 있으며, 스위치 하나로도 PL(Performance Level e, SIL(System Integrity Level) 3등급이 가능하다.

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마그네틱 방식을 이용한 비접촉식 안전센서는 근접센서 방식을 사용한 제품이다. PSENmag이 대표적인 마그네틱 방식의 안전센서로서 액추에이터와 한 쌍을 이루어 동작하게 되어 있다. 자기장 원리로 동작을 하며, 스위칭 거리는 3~8mm이며, 직렬로 연결하여 사용하기에 적합하다. 하지만 자석을 이용한 부정 조작 및 무효화가 가능하기 때문에 Performance Level의 요구사항이 높아지는 경우에는 무접점 코드식 안전센서를 적용하고 있다. PSENcode는 무접점 코드식 안전센서로 RFID 방식 으로 동작되며, 자가 진단 기능이 내장되어 있어 LED를 통한 진단 인터페이스를 제공한다. 또한 에러 발생 및 간섭 발생 시 OSSD(Output Signal Switching Device) 출력을 차단한다.

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PSEN cs 1.13p의 모델의 경우 SDD(Safety Device Diagnostics)를 통해 센서와의 네트워크가 가능하여 직렬로 연결된 Device(max.16)의 정보 및 이벤트를 모니터링할 수 있다. SDD를 통해 수집된 Device 정보 및 이벤트는 Ethernet 기반 Fieldbus 통신 Interface를 통해 상위 Controller에 송부함으로써 통합 모니터링 시스템의 구축이 가능하다.

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광학센서 중 가장 대표적인 라이트 커튼은 적외선 빔으로 보호 구역을 형성하며, 적외선이 간섭에 의해 차단되면 안전 정지 절차가 수행됨으로써 작업자와 제품을 안전하고 효율적으로 보호할 수 있다. Pilz 라이트 커튼은 EN IEC 61496-1/-2에 따라 Type 2 또는 Type 4를 선택할 수 있으며, Type 4를 적용할 경우 EN ISO 13849-1의 PL e 및 EN IEC 62061의 SIL 3까지 만족할 수 있다. 라이트 커튼은 자가 진단 기능을 가지고 있으며, 에러 발생 및 간섭 발생 시 OSSD(Output Signal Switching Device) 출력을 차단한다. 이러한 라이트 커튼은 펜스를 대신하여 산업 현장 설비에 많이 적용되고 있다.

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광학센서 중 시각 기반 센서 기술의 카메라 시스템인 SafetyEYE는 위험 지역 전체를 모니터할 수 있는 최초의 안전 카메라로 잠재적 위험 요소 지역까지 모니터링이 가능하여 사람과 기계의 안전 보호가 가능하다. 일반 안전센서가 식별할 수 없는 취약한 영역까지 안전 보호가 가능하며, 모니터링 영역을 3가지로 설정하여 다양하게 구성할 수 있다. HRC(Human-Robot Colaboration)작업 환경에서의 기존 안전 게이트 시스템을 대체하는 솔루션으로도 각광받고 있다. 국내 HRC 작업 환경에서 SafetyEYE를 적용하여 사용하고 있으며, 시장에서의 수요는 높아질 것으로 기대된다.

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SafetyEYE의 카메라 앵글 각도는 78°이며, 최대 검출거리는 7.5m이다. 또한 최대 검출 범위는 72㎡까지 가능하다. 한 가지 주의할 점은 주로 제한된 실내 공간에서만 활용할 수 있기 때문에 조도는 최소 300Lux 이상을 확보해야 한다. 안전 카메라 시스템이 복잡해 보일 수 있지만, SafetyEYE의 사용법은 간단하다. 소프트웨어는 특별한 기술 없이도 쉽게 다룰 수 있으며, SafetyEYE Configurator를 통해 PC에서 Warning Zone과 Detect Zone을 빠르고 쉽게 설정할 수 있다.

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Smart Factory를 목표로 하는 4차 산업혁명의 실현을 위해서 안전센서는 계속 발전해 가고 있으며, 모든 센서의 정보 및 이벤트를 상위에서 모니터링하고 통합 모니터링 시스템을 구축하여 유연한 생산관리가 가능 하도록 하는 것이 Pilz의 목표이다. 단순히 기능적인 측면이 아닌 주기적인 상태 확인을 하여 유지 보수의 효율성을 증대시키고, 생산 로스를 최소화하기 위한 센서 기술의 혁신은 앞으로도 계속될 것이다.

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안전센서 기술 동향 및 적용 사례