안전 인터록의 기본 사항

공장 작업자를 안전하게 유지하기 위해서는 기계적 위협으로 인한 신체적 위해로부터의 보호가 필요합니다. 이러한 안전 공학 분야를 산업 위험성 축소 분야라고 합니다. 현지 법률과 산업 표준은 기계의 위험한 시동을 방지하고 인명 피해의 위험이 발생할 경우 안전 종료를 작동시키는 등의 다양한 기계적 안전 기능을 자동화 장비에 포함하도록 법적으로 요구하고 있습니다. 이러한 안전 시스템의 기초는 기계 경계 주위를 잘 표시하는 것, 그리고 부품을 안전 보호하거나 기계적으로 보호하는 것으로부터 시작됩니다

안전 보호라는 용어는 문헌에서 가볍게 사용되는 경우가 많지만, 국제 표준화 기구(ISO)와 점점 더 많은 자동화 부품 공급업체는 이 용어에 매우 구체적인 정의를 지정하고 있습니다. 이러한 권위 있는 업계의 문서에서는 일반적으로 다음과 같은 부품 및 하위 시스템을 위험성이 있는 장비 세그먼트 주위에 배치하는 경우를 의미하는 것으로 보호의 의미를 제한하고 있습니다.

• 판금 하우징 및 체인 링크 또는 유리 펜싱
• 슬라이딩 유리 패널, 문 및 스윙 게이트
• 센서 및 광 커튼
• 기타 전자적 또는 물리적 설계로 된 특수 장벽 부품
• 안전 인터록 - 이 기사의 초점

보호되는 기계 주변은 대부분 고정된 요소로 구성되어 있지만, 여기에서 언급된 움직일 수 있는 또는 관통 가능한 부분(창 덧문, 커튼 및 문 포함)은 작업자가 기계의 관리, 조정 또는 정비를 위해 전략적 위치로 접근할 수 있도록 합니다. 이러한 안전 부품을 분류하는 쉬운 방법은 기계 운영자 또는 다른 공장 작업자가 해당 안전 부품(예를 들어 광 커튼과 같이)과 직접 접촉하는지 또는 일부 중간 기계 하위 섹션이 해당 부품과 접촉하는지 여부에 따라 그룹화하는 것입니다. 후자에는 인터록뿐만 아니라 일련의 기계 활성화 안전 스위치 및 센서가 포함됩니다.

그림 1: 제한 스위치는 시스템을 시작하기 전에 시스템의 각 문이 닫혀 있음을 확인합니다. (이미지 출처: Getty Images)

그렇다면, 인터록이란 정확히 무엇일까요? 인터록은 기계적, 전기적 또는 전기 기계적 안전 부품이며, 본질적으로는 근접 스위치 또는 위치 스위치입니다. 인터록은 기계 경계에 있는, 항상 움직일 수 있는(관통할 수 있는) 게이트에 설치됩니다. 안전 커튼이나 작업자 스위치와 달리, 인터록은 이동 가능한 기계나 주변 섹션의 움직임을 통해 작동됩니다. 그러나 명확하게 말하면 안전 인터록은 작동이 시작된 주변 섹션 또는 수동으로 열리는 섹션에 의해 그 작동이 촉발될 수 있습니다. 인터록이라는 이름은 개방형이든 폐쇄형이든 다른 형태이든 상호 잠금(그리고 상호 의존적이 되는) 방식이 안전 컨트롤러 조건과 주변 게이트 위치 잡기를 가능하게 한 데서 유래되었습니다. 즉, 인터록은 안전 컨트롤러에 피드백을 제공하고, 그렇게 되면 다시 주어진 기계 보호 위치 세트에 대한 올바른 기계 상태를 끌어냅니다.

인터록을 포함하도록 하는 표준

그림 2: 인터록 스위치는 다양한 방향 형태를 수용할 수 있습니다. 국제 안전 표준은 이러한 다양한 형태의 인터록에 대한 분류를 정의합니다. (이미지 출처: Design World)

현재, 산업 자동화 응용 분야의 인터록 설계 및 통합은 Conformitè Europëenne(CE) Machinery Directive 2006/42/EC를 포함한 5가지 표준 전체를 충족해야 합니다. ISO 12100(및 채택된 ISO 14119 부분)에 따르면, 인터록이란 보호 구역의 게이트가 열려 있을 때 위험한 기계 작동을 방지하는 장치로 정의합니다. 가드 잠금장치 또는 한 단계 더 나아가 게이트를 닫아 놓는 자물쇠 역할을 하는 잠금 게이트 스위치라고 불리는 인터록은 특별한 추가 요구 사항이 있습니다. 즉 여기에는 위험한 작업 공간에 갇힌 기술자를 위하여 탈출용 손잡이를 제공해야 한다는 요구 사항이 포함됩니다.

인터록의 핵심에 코어 포지션 스위치 또는 근접 스위치 기술을 요구하고 있는 표준도 있습니다. 이러한 표준은 또한 전자 작동식 작업 셀 보호 섹션이 장비 제어장치와 네트워크를 형성하는 방법에 대한 요구 사항을 간략하게 설명합니다. 이는 일반적으로 잠재적인 위험 동작을 늦추거나 중단하도록 명령합니다.

기계의 정지에 걸리는 시간을 감안하기

가장 신뢰할 수 있는 인터록은 특정 축-정지 간격 시간을 만족합니다. 이 간격 시간은 정지 명령을 내린 후 기계가 안전한 상태로 감속해야 하는 데 필요한 시간으로 정의됩니다. 실제로 인터록 시스템은 이러한 정지 간격 시간뿐만 아니라 기계 작업자가 정지 명령을 내린 후에도 위험한 축에 도달할 수 있는 시간도 감안합니다. 인터록 설치 최적화

• 작업자가 위험한 기계 축을 만지거나 접근하기 훨씬 이전부터 안전한 상태에 이르렀는지 확인합니다.
• 지나치게 긴 잠금 상태를 피하는 효율적인 시스템 사용을 지원합니다.

실제로 ISO 12100은 인터록 가드 도어와 패널이(닫힘과 동시에) 기계 작동 재개를 즉시 촉발할 수 있는 방법을 자세히 설명합니다. 이는 보다 복잡한 기계 재시작 시퀀스를 필요로 하는 비상 정지와는 대조적입니다. 이러한 관련된 표준의 논리는 인터록의 사용은 일상적이지만(따라서 일상적인 작업을 방해해서는 안 됨) 비상 정지의 사용은 그렇지 않다는 점입니다.

핵심 인터록 기술 및 무력화 가능성

자동화 기계는 국제 안전 요구사항 Type A, Type B 및 때로는 Type C를 충족해야 합니다. 기능 안전 ISO 12100-1 표준 및 기타 기본 Type A 표준은 모든 자동화 장비에 적용됩니다. ISO 12100을 충족하는 전자 제어 장치는 일부 에너지원의 불가피한 유지 관리와 관련된 상황, 즉 예상치 못한 기계 재시작을 방지함으로써 해결할 수 있습니다. 이를 위해 비상 정지는 사용을 피해야 하는 솔루션이지만, 핵심 인터록은 허용가능한 솔루션입니다.

Type B 중급 표준에는 B1 안전 접근 표준(ISO 13849-1 및 62061 포함)과 특정 B2 안전 시스템 요구사항(ISO 13850 및 13851 포함)이 포함됩니다. 이와 대조적으로 Type C 표준은 기계 유형에 매우 구체적이므로 특히 엄격하며 새로운 장비 설계를 위한 OEM에서 가장 많이 사용됩니다.

인터록에 대해 특정한 표준은 ISO 14118 및 ISO 14119입니다.

ISO 14118은 작업자가 위험한 기계 작업 공간에 진입할 때 예상치 못한 기계 시동(기계적 전력을 소모하고 전원을 차단함으로써)을 방지하는 방법을 자세히 설명합니다. 이러한 시스템은 전원 공급 장치를 차단하고, 모터를 멈추고, 유체 동력 액추에이터를 해제하고, 기계의 움직이는 부분에 남아있는 운동 에너지를 소진할 수 있습니다.

이 문서에서 언급한 다른 표준과 대조적으로, ISO 14119가 다루는 가드 인터록의 필수 세부 사항은 다음과 같습니다.

• 다른 안전 표준의 위험 분석 기법을 참조합니다.
• 우발적 및 고의적인 안전 기능 무력화를 방지하는 인터록 특징을 정의합니다.

ISO 14119는 유형 1 인터록을 쉽게 해제할 수 있는 기계적 힌지 또는 캠 작동을 사용하는 위치 스위치로 정의합니다. 교체 가능한(코딩되지 않은) 절반 사이에 작동 접점이 발생합니다. 유형 1 인터록의 이점은 저렴한 비용과 높은 구성 가능성입니다.

유형 2 인터록(DIN EN 1088에 의해 처음 정의됨)은 기계적 작동을 기반으로 우회가 어려운 위치 스위치를 포함합니다. 코딩된(결합된) 텅 또는 (안전 보호 잠금용) 트랩 키가 그 반쪽을 이루고 있습니다. 후자 트랩키는 제어 장치가 기계 시동을 허용하기 전에 작업자가 모든 가드를 강제적으로 잠그도록 합니다. 그리고 키 제거는 가드가 잠긴 경우에만 가능합니다. 완전하게 통합된 주변 제어는 더 나아가 기계 작동 중에 키가 빠지지 않도록 고정된 키 입력 HMI 시작 스위치에서 작업자가 그 키를 사용하도록 강제합니다.

ISO 14119는 코딩된 작동이 없는 모든 비접촉식 안전 스위치를 유형 3 인터록으로 분류합니다. 광학, 초음파 또는 정전 용량 방식을 사용하는 인터록이 가장 무력화하기 쉬우며, 유도 및 자기 기반 인터록이 그것보다는 덜 쉽습니다. 무력화 가능성을 완전히 차단해야 하는 경우라면, (RFID, 자기 또는 광학 기술을 기반으로 하는지 여부에 관계없이) 비접촉 작동에서 일치하거나 코딩된 액추에이터 반쪽을 사용하는 유형 4 인터록이 필요합니다.

인터록과 안전 센서 및 주변 스위치와의 비교

그림 3: 가드 인터록을 닫는 것만으로 위험한 기계 프로세스가 다시 시작되는 것은 아닙니다. 위험한 프로세스가 다시 시작되는 경우는 여기에 표시된 소프트 터치 정전 용량 방식 핑거 스위치와 같은 별도의 이중 의무 제어 인터록 또는 시작 스위치에서 발생합니다. (이미지 출처: Getty Images)

그림 4: 일부 이중 기능 인터록에는 가드 록으로 작동하는 액추에이터가 있습니다. 이들은 데드 볼트 또는 전자기 조립품이 있는 위치 스위치로, 보호된 로봇 암 또는 기계가 위험한 동작을 멈출 때까지 문을 차단할 수 있습니다. 유감스럽게도 모든 인터록은 동시에 가드록 종류라고 오해하는 엔지니어가 많습니다. (이미지 출처: Omron)

인터록은 동일한 핵심 기술을 기반으로 하는 다른 안전 등급 피드백 및 감지 부품과 유사성이 있습니다. 하지만 명확하게 말하자면, 이러한 다른 부품은 인터록과는 달리, 기계 주변과 관련이 없다는 것입니다. 또한 오늘날의 안전 표준은 인터록이 오류를 수정하는 역 프로세스 없이는 작업의 재개를 승인하지 않도록 요구합니다.

산업 안전 센서로 공급되는 부품은 컨트롤러가 보고된 조건에 적합한 반응을 명령할 수 있도록 기계 소자 또는 공작물 위치를 확인합니다(종종 비접촉 유도 또는 광전 수단을 통해). 반대로 산업 안전 스위치는 기계 소자 또는 공작물 위치를 감지할 때 전원 공급 장치를 껐다가 켭니다. 촉발된 위치를 확인하면, 이러한 스위치는 관련 기계 섹션에 대한 전원 연결을 즉각적으로 차단하거나 다시 시작하도록 지시합니다. 일반 근접 스위치를 인터록처럼 사용하는 것으로는 이제는 충분하지 않습니다. 까다로운 IEC 60947 요구 사항은 이제 인터록으로 사용되는 부품이 기능 무력화 및 기타 고장을 방지하기 위해 매우 구체적인 안전 관련 기능을 갖도록 요구합니다.

또한 안전 시스템에는 전기 접점을 직접 만들거나 끊는 계전기가 있습니다. 가장 일반적인 배열에서는 기본적으로 작은 명령 전압을 전달하여 명령하는 전원 접점을 통해 궁극적으로 더 큰 전류를 촉발합니다. 인터록으로 인해 상호 의존적으로 되는 일반적인 기능, 즉 가드 도어 개방과 기계 공구의 모터 구동 스핀들을 고려합니다. 이들 사이의 상호성은 선반이 자체 하위 시스템을 손상시키거나 작업자를 다치게 할 가능성을 낮춥니다. 이런 점에서, 인터록은 작동 순서 중에서 스위치와 같은 역할을 합니다.

가장 드문 방식은 위험한 기계 축 운동을 잠그기 위해 축을 중심으로 회전하는 암이 달린 기계적 캠 인터록입니다. 비용 효율적인 신뢰성과 재구성 가능성을 위해 회로와 마이크로 프로세서를 사용하는 전기 기계 및 전자 인터록이 훨씬 더 흔합니다. 예를 들어 주변 문의 전기 기계식 힌지 인터록에는 힌지 가드와 함께 열리는 기계식 엘보우 또는 레버 암이 포함됩니다. 설정된 전환 각도를 벗어나면 주변 기계를 중지하라는 명령을 발동합니다. 문이 다시 닫힐 때 작용하는 힘이 궁극적으로 인터록의 솔레노이드에 회로를 다시 닫도록 지시합니다.

인터록의 통상적 배선 및 솔레노이드 유형

그림 5: 혁신적인 연결 옵션 덕분에 최근 몇 년간 다중 보호 장치 설치의 안정성이 높아졌습니다. 여기서 인터페이스 모듈은 T-어댑터 네트워크를 통해 다른 안전 부품에 연결됩니다. (이미지 출처: Banner Engineering)

인터록은 보통 회로가 닫힌 상태에서만 기계가 실행되도록, 즉 NC(Normally Closed) 논리를 기반으로 제작됩니다. 대부분의 안전 표준은 최고 신뢰 수준의 오류 및 이벤트 감지를 위해 안전 회로 부품을 직렬로 연결하도록 요구합니다(최대 허용 총 센서 수까지). 센서 수를 초과하면 설계의 성능 수준(PL)이 저하되고 결함 마스킹 가능성이 높아질 수 있습니다.

단일 스프링 작동식 NC 스위치(위치 스위치이든 또는 제한 스위치이든)를 사용하는 안전 인터록은 일반적으로 포지티브 단선을 제공합니다. 따라서 가드를 열면 인터록의 스프링을 눌러서 전기 접점이 분리됩니다. 이와는 반대로, 보다 신뢰할 수 있는 트윈 스위치 인터록은 하나의 스위치를 사용하여 가드가 열리면 작동하고, 또 다른 스위치는 가드가 닫히면 전기 접점이 서로 분리됩니다. 단락 시 전기적 자체 보고(일반적으로 두 입력 채널 간의 전위차이를 모니터링하여)는 전단, 부식 또는 과열로 인한 전선 절단을 감지하는 보완 기능을 제공합니다.

플런저 및 코일 솔레노이드 작동의 신뢰성은 중요한 인터록 응용 분야에 적합한 솔레노이드 기반 안전 부품을 제공합니다. 일반적으로 전기 입력은 선형 플런저 출력을 유발합니다(전원을 끌 때 스프링 설정 복귀 포함). 전기 입력은 일반적으로 선형 플런저 출력을 유발합니다(전원이 꺼지면 스프링 세트 복귀 포함). 가드 및 데드볼팅 인터록에 통합될 때 솔레노이드는 래칭 메커니즘의 입력 소스로 작동합니다. 이와 같은 다른 솔레노이드 기반 설계는 올바른 기계적 작동을 보장할 수 있습니다. 예를 들어, 장비를 관리하거나 벨트에 있는 공작물을 처리할 때에도 일관된 컨베이어 이동을 보장할 수 있습니다. 솔레노이드 기반 이중화(위치 확인을 위한 직렬 배선 및 이중극 스위치 포함)는 잘못된 인터록 신호를 최소화할 수 있습니다.

결론

인터록은 기계 주변 상태를 안전 제어에 상호 의존적인 상태로 만듭니다. 실제로 이러한 컨트롤러에 대한 오늘날의 인터록 피드백은 다양한 기계 게이트 위치에 대한 매우 정교한 기계 반응을 유도할 수 있습니다. 가장 진보된 인터록은 전통적인 산업용 스위치와 센서의 역량을 넘어 페일 세이프 에지 컴퓨팅, IIoT 및 신뢰성 작업에서 역량을 발휘할 수 있습니다. 가장 주의할 사항은 가드 인터록이 기계 작업자에게 번거롭지 않아야 한다는 점입니다. 자주 사용되는 가드 도어에서 자동 기능 및 조건부 잠금 해제는 감지되지 않은 오류를 최소화하여 기능을 향상할 수 있습니다.