“안전 위치스위치 하나만으로  PLd/SIL2 요건 달성”

식품산업용 설비들은 일반적으로 고도의 동적 공정이 특징이다. 더불어 해당 설비가 전 세계적으로 수용되기 위해서는 기능 안전성이 핵심이라 할 수 있다. 이에 따라 지멘스는 유럽연합 신규 기계설비 관련 지침(2006/42/EG)의 발효와 더불어 ASIsafe 프로토콜을 적용한 AS-Interface 기반의 안전기술로 전환했다. 목표로 설정한 개선사항을 달성하기 위한 결정 요인은 신뢰성 있는 안전 위치스위치다.

독일 레겐스부르크 근교 노이트라우브링(Neutraubling)에 위치한 기업 크로네스(Krones)의 연구개발부 소속 토마스 켈함머(Thomas Kellhammer) 팀장은 지멘스의 Sirius 안전 위치스위치를 채택한 이유로 훌륭한 평가를 들었다. 크로네스는 업계의 선두주자로서 효율성과 안전성을 겸비한 음료수 충전 및 포장용 설비로 음료시장 전반에 걸쳐 그 명성이 자자하다. 이 회사는 외국지사를 포함해 1만여명의 임직원을 고용한 글로벌 기업으로, 종업원 대부분이 독일 현지에서 일하고 있다.

유럽연합이 제정한 신규 기계설비 지침을 비롯한 관련 기능 안전성 규격을 안전기술 전반의 현대화 및 응용으로 전환하는 과정에서, 안전 모니터링 역시 새로운 EN ISO 13849 및 IEC 62061 규격에 준해 적용됐다. 토마스 켈함머 팀장은 “컴포넌트상의 고장발생 가능성을 감시하는 새로운 모니터링 방식을 기반으로, 안전 테크놀로지 분야에서도 진정한 세대교체를 관철하고자 했다”고 설명했다,

이러한 목표는 2008년부터 2010년까지 수행한 프로젝트를 통해 달성됐다. 여타의 안전성을 위한 중심 구성요소들을 간단히 추가하는 데는 유연성 확보가 필수적이다. 그 이유로 네트워크상의 아주 많은 기계설비 모델들이 ASIsafe(AS-Interface Safety at Work) 안전기술을 기본사양으로 내장하고 있다. 여기서 중요한 것은 ‘올바른’, 즉 보호도어 내지 커버 등 해당 설비에 적합한 위치스위치를 투입하는 일이다.

버스 시스템 및 스위치 전자장치

크로네스 및 지멘스의 안전 위치스위치 제품들이 공통적으로 추가 적용되는 결정적인 핵심 포인트는 성능레벨 내지 SIL-레벨 정의에 필수적인 안전 속성들을 처음부터 사용할 수 있다는 점이다. 크로네스 연구개발부 소속 라인하르트 바그너 팀장은 “ASIsafe용 텀블러 3SF1을 적용한 Sirius 안전 위치스위치들은 고정자성체 제어를 위한 별도의 전기배선이 전혀 필요 없기 때문에, 이 점은 우리가 결정을 내리는데 긍정적인 영향을 줬다”고 설명했다. 텀블러를 장착한 Sirius 안전 위치스위치 3SE5/3SF1 제품군은 플라스틱 버전의 경우 1,300N의 체결력을, 금속외장 버전은 무려 2,600N의 체결력을 발휘한다. 크로네스 경영진은 플라스틱 외장의 디자인을 채택했다. 그 이유는 이들 센서가 식음료 산업에서 사용되는 특히 강한 세정제에 특별한 내성을 보유하고 있기 때문이다. 여기서 간과할 수 없는 또 다른 측면이 있다. 라인하르트 바그너 팀장은 “이들 위치스위치 제품은 생산자가 자사의 기술문서에 명시한 바와 같이 IP66 및 IP67 보호등급에 준한 인증을 획득했다”고 덧붙였다.

정교한 진단기능

텀블러를 적용한 안전스위치는 폐쇄회로 원리에 따라 작동한다. 즉, 정전상황 발생에 대비한 안전 연동장치가 구비돼, 해당 설비를 무단 침입으로부터 보호해준다. 크로네스의 경우, 고장안전 이중화 채널 센서들이 사용됐다. 토마스 켈함머 팀장은 “이 스위치 제품의 진단기능은 단연 퍼스트 클래스”라고 설명한다. 예를 들어, AS-i 마스터는 해당 전기기계 접점의 정상작동 여부를 인식할 수 있다. ASIsafe를 채택하지 않았다면, 각종 신호와 관련된 배선에만 직경 0.5mm2 와이어 12개가 들어간 두꺼운 배선이 불가피했을 것이다. 반면 AS-i 시스템은 사다리꼴 황색 회선과 연결된 T형 커넥터 하나와 M12 스레드 커플링 커넥터를 적용한 스터브(stub) 하나만 버스 노드를 내장한 지멘스 위치스위치에 연결하면 그만이다.

이 설비제조업체는 가용한 진단기능들을 적용해 비용 또는 설치공간 측면에서 자사의 고객들이 상당한 절감효과를 누리게 했다. 동적 특성이 강한 음료산업 공정에서 보다 높은 성능레벨을 달성하려면 센서를 더 많이 투입하거나 보호구역이 현저히 확장돼야 한다. 토마스 켈함머 팀장은 “우리는 최신 스위칭 솔루션을 도입해, 2가지 모두 고려할 필요가 없다”고 단언한다. 다만, PLe 규격이 요구될 경우에는 2차 고장안전 위치스위치를 추가로 보완해야 한다.

수준 높은 품질

Sirius 3SE5 위치스위치의 기계적 장점은 독보적인 안전 언어를 사용하는 점이다. 본 제품은 클린 디자인 위생기준에 따라 설계돼, 무균 충전용 멸균설비 분야에 상당히 적합하다는 것이 개발엔지니어 2명의 공통된 생각이다. 엔지니어링 관점에서 이는 장치 고정용 드릴링 패턴이 대칭을 이루는 장점을 발휘한다. 개별 헤드 드라이브가 간단히 90도 반경으로 회전할 수 있어, 궁극적으로 설비구축상의 유연성 향상에 기여한다. 슬림한 디자인 덕분에, 이들 안전 위치스위치는 측면은 물론 정면 설치 및 운영도 가능하다.

현장에서 검증된 범용 반경 액추에이터는 개별 회전운동에 적합하다. 크로네스 연구개발팀 소속 엔지니어들은 스위치 헤드의 높은 오염 민감도에 이구동성으로 감탄하고 있다. 이것은 스위치 안전성과 더불어 설비 가용성도 향상된다. 토마스 켈함머 팀장은 “지멘스가 스위치에 장착된 액추에이터의 플런지 기능이 제대로 작동하도록 광범위한 신뢰성 연구를 선행한 덕분에, 우리는 위험 모니터링 측면에서 시행착오나 오류를 배제하는 한편, 텀블러를 부가한 안전 위치스위치 하나만으로 PLd/SIL2 요건을 달성할 수 있었다”고 강조한다.

크로네스는 텀블러를 부가한 고장안전 위치스위치를 비롯해 긴급차단기 및 비상해제장치 등을 적용하고 있다. 보호구역 내에 잔류 인원이 있을 경우, 비상해제장치를 간단히 눌러 도어를 안쪽에서 열 수 있다. 한편, 시설인원이 도어를 밖에서 열어야 하는 시나리오를 상정해 볼 수도 있다. 비상해제장치를 도어 전면은 물론 후면에도 설치할 수 있기 때문이다. 2가지 경우 모두 크로네스 설비들을 즉시 안전한 상태로 전환해준다. 이어서 스위치를 수동으로 활성화해, 해당 설비를 다시 정상가동 상태로 되돌릴 수 있다. 한편, 전통적인 보조레버 내지 자물쇠를 부착한 보조레버를 적용한 안전 위치스위치 제품들도 부가적인 보완장치로 출시돼 있다.

안전 및 품질 관리

신규 안전모니터링 규격 EN ISO 13849 및 IEC 62061의 발표와 더불어, 크로네스는 자사의 모든 설비 안전규격을 새로운 요구조건에 맞게 전면 수정했다. 출시 제품군의 종류가 다양할 뿐만 아니라 독일 현지에만 설비생산 시설을 보유하고 있어, 크로네스는 세계적으로 상당한 명성을 떨치고 있다.

또한, 크로네스는 자동화 전문기업 지멘스와 공동으로 Sirius 3SE5/3SF1 위치스위치 제품군의 기능을 보다 섬세하게 최적화했다. 그간 세계시장에 내놓은 모든 설비에 이들 스위치 제품이 장착됐다. 그에 따른 사용자 및 고객들의 반응도 매우 긍정적이다. “어디서나 시장의 반응이 좋다. 위치스위치는 시장 수용성은 물론 가용성 측면에서도 전 세계적으로 상당히 높은 수준이다”라고 말하는 토마스 켈함머 팀장의 설명에는 자신감이 묻어났다. 위치스위치 프로젝트는 해당 제품이 안전하고 연속적인 설비 가용성 확보를 목표로 한 수단일 뿐만 아니라, 시설 인원의 작업안전성 향상을 위한 신뢰성 높은 솔루션이라는 점을 확인한 적용사례라 할 수 있다.

[월간 FA저널 ()]

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