머신 및 설비 엔지니어링 기업들은 기계 관련 지침인 Machinery Directive 2006/42/EC의 최신 버전에 규정된 안전 요건을 충족시키기 위해 갈수록 안전장치를 갖춘 부품을 더욱 더 필요로 하고 있다. 안전한 사인/코사인 로터리 엔코더인 RVK58S는 최고의 정확도로 모터 회전자의 위치를 검출할 수 있어 더욱 이상적이다.

엄격한 엔드-투-엔드 안전 콘셉트를 통해 필요한 안전 레벨 요건은 완벽하게 만족시킬 수 있다. 이는 안전 솔루션의 성능이 체인의 가장 취약한 링크에서도 효과적으로 발휘돼야 함을 의미한다. 이러한 방법은 중요한 시스템 부품에 대해 리던던시 설정을 수행하고 상응하는 시스템의 파라미터를 비교해 잠재적인 고장 가능성을 검출하는 것으로 오랫동안 사용돼 왔다. 하지만 이를 통해 목표를 만족시킬 수는 있더라도, 이중의 장비 및 소재 비용과 설치 및 케이블링 노력이 소요돼야 하기 때문에 오늘날의 관점에서는 바람직하지 않다. 또한 부품 수의 증가로 고장 가능성이 증가하고, 규격 인증을 위한 비용 부담이 더욱 커진다.

자가-점검 기능이 리던던시 대체

현재 인텔리전트 자가-점검 기능은 여러 기능 장치의 적절한 동작을 유지하기 위해 리던던시 대신 사용되곤 한다. Pepperl+Fuchs Drehgeber의 새로운 RVK58S 사인/코사인 로터리 엔코더는 안전한 드라이브 솔루션 개발에 있어 핵심적인 역할을 수행한다. 이 58mm 하우징의 고해상 엔코더는 회전당 1,024번 증분하며, 추가 기능인 절대 위치 추적과 함께 기능적인 안전 콘셉트가 특징이다. 시그널 컨디셔닝은 특별히 설계된 ASIC으로 처리되며, 이 칩은 내부 진단 기능도 수행한다.

증분형 엔코더(Incremental Encoder) 디스크의 고장이나 시그널 경로 상의 오류는 엔코더의 90도로 오프셋된 증분된 사인 및 코사인 신호를 평가할 수 있는 공식 sin²(x)+cos²(x)=1을 사용해 안정적으로 검출이 가능하다. 공급 전압, 온도, LED 드라이브, 보정 데이터 검사 합계 또한 모니터링된다. 만약 문제가 발생하면, 엔코더 전자장치는 컨트롤러가 개방-회로 검출 기능을 통해 즉각적으로 고장을 감지할 수 있도록 출력을 고임피던스 상태로 둔다. 이러한 기능을 갖춘 새로운 로터리 엔코더는 안전한 머신 개발을 획기적으로 간소화할 수 있으며, 동시에 기존 콘셉트에 사용됐던 리던던트 센서 부품 방식을 사용할 필요가 없게 된다. 사인/코사인 로터리 엔코더는 이미 인증을 받았으며, 추가로 절대 위치 추적 기능 또한 현재 TUV에서 인증 절차가 진행 중이다. 인증서가 발급되면, 이 디바이스는 단 하나의 엔코더를 사용하여 SIL3/PLe까지 안전 요건을 충족시키는 드라이브 제품에 사용할 수 있게 된다.

단일-사이클 절대 위치 추적으로 회전자 위치 검출

고해상 증분형 추적 기능과 함께 로터리 엔코더는 회전당 한 사이클로 정확하게 사인/코사인 절대 위치를 추적할 수 있는 기능을 갖추고 있다. 이는 모터 회전자의 실제 위치 정보를 제공하며, 이 정보는 동기식 모터의 시동 통신과 같은 용도에 필요하다. 절대 위치는 SSI(Synchronous Serial Interface)나 BiSS(Bidirectional Synchronous Serial) 인터페이스 프로토콜을 이용해 13비트 해상도로 디지털화된 신호로 출력된다. 사인/코사인 인터페이스, SSI, BiSS가 결합된 이 엔코더는 기존 통신 경로를 활용하는 것은 물론, 독점 소유의 안전 프로토콜을 사용할 필요가 없다.

적절한 공인 컨트롤러와 Pepperl+Fuchs의 안전한 로터리 엔코더가 결합함으로써 단일-엔코더 솔루션을 구현할 수 있게 됐으며, 보다 엄격한 안전 요건을 충족시키기 위해 2차 엔코더를 통합할 필요가 없게 됐다. 하지만 이를 위한 전제 조건으로 센서의 모든 채널들은 항상 컨트롤러와 연결돼야 한다. 이러한 시스템 구성을 통해 보다 높은 ISO 13849 성능 레벨(PLe)이나 IEC 62061 안전 무결성 레벨(SIL 3) 인증이 보다 쉬워진다. 모든 모터 동작은 안정적으로 수행되고 모니터링 되며, 안전 제한 속도, 안전 속도 모니터링, 안전 정지 모니터링, 안전 회전 방향, 안전 가속/감속 등과 같은 일반적인 속도 기반 안전 기능들을 구현할 수 있다.

안전한 로터리 엔코더로 기계적 안전 솔루션 대체

혁신적인 안전 기능을 통해 많은 애플리케이션에서 마모가 되는 기존의 기계적 안전 디바이스를 소프트웨어 기능으로 대체가 가능하다. 예를 들어, 하이-베이(High-Bay) 웨어하우스의 스토리지 및 회수 머신 가이드 홈 끝단에 있는 고가의 유압식 제동 버퍼를 완전히 제거할 수 있다. 또한 공간절감이 가능하고, 제동 감속을 더 낮춤으로써 자동차를 경량으로 만들 수 있다. 로컬 혹은 드라이브 컨트롤러 내에 설치된 적절한 안전 제어 장치를 갖추고 있는 RVK58S는 규정된 제동 램프(안전 제한 감속)는 물론 스토리지 및 회수 머신의 이동속도(안전 제한 속도)를 준수하는지를 모니터한다. 만약 설정된 제한 요건 중 어떤 것이라도 초과된다면, 이 시스템은 드라이브를 통해 제동이 되거나 (전체 드라이브가 고장인 경우) 자동차의 기계적 제동 장치가 적용된다.

안전 기능으로 시동 및 정비 간소화

머신 오퍼레이터는 시동이나 셋업, 정비를 하는 동안 가장 많은 부상을 입을 수 있는데, 이러한 작업이 보통 위험한 구역에서 직접 수행되기 때문이다. 안전한 로터리 엔코더는 많은 안전 기능들을 확장할 수 있으며, 이러한 작업들을 최소한의 노력으로 안전하게 처리할 수 있다.

머신 제조업체 및 오퍼레이터는 EN ISO 13849에 규정된 안전 요건을 충족시켜야만 하며, 부가적으로 절대 위치 추적기능을 제공하는 세계 최초의 기능적으로 안전한 로터리 엔코더를 통해 안전한 드라이브 솔루션을 보다 효율적으로 구현할 수 있게 됐다. RVK58S는 최신 안전 콘셉트와 잘 융합돼 있으며, 머신 및 설비 엔지니어링 기업들이 자신들의 제품이 PL(Performance Level) 혹은 SIL(Safety Integrity Level) 요건을 보다 쉽게 준수할 수 있도록 해준다. 통합 절대 위치 추적 기능 덕분에 이 엔코더는 동기식 혹은 비동기식 모터와 상관없이 광범위한 드라이브 솔루션에 범용으로 사용하기에 적합하다.

[월간 FA저널 ()]

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