계전기 모듈을 통한 기능적 안전 강화

기능적 안전은 오늘날의 산업용 시스템에서 중요하며 오류 또는 오작동이 발생하더라도 기계 및 공정의 안전한 작동을 보장합니다. 계전기 모듈은 신뢰할 수 있는 전기 회로 조정 메커니즘을 제공하여 기능적 안전을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 기사에서는 Weidmüller SAFESERIES 제품군을 중심으로 기능적 안전의 맥락에서 계전기 모듈의 중요성을 살펴보며, 계전기 모듈의 본질적 특성을 강조하고 최적의 선택 및 활용을 위한 지침을 제공합니다.

기능적 안전 요구 사항 준수

전기 기계 계전기는 일반적으로 저전력 신호로 고전력 전기 회로를 제어하는 데 사용됩니다. 전기 기계 계전기는 입력 신호의 상태에 따라 전류를 통과시키거나 차단하여 스위치 역할을 합니다. 계전기 모듈은 기능전 안전 응용 분야에서 사용되어 중요 안전 기능이 안정적으로 작동하고 잠재적 위험이 최소화되도록 합니다. 기능적 안전에서 계전기 모듈의 몇 가지 가장 중요한 측면은 다음과 같습니다.

• 이중화: 이중화는 기능적 안전의 기본 원리 중 하나이고 안전에 중요한 동일한 기능을 수행하기 위해 여러 개의 독립적인 부품이 필요합니다. 계전기 모듈은 하나가 고장나더라도 시스템이 계속해서 안전하게 작동할 수 있도록 주로 이중으로 구성됩니다.
• 고장 시 안전 설계: 계전기 모듈은 일반적으로 오작동하더라도 안전하도록 설계됩니다. 계전기가 고장나거나 전력이 차단되더라도 기본적으로 시스템의 안전이 보장되는 상태로 유지됩니다. 예를 들어 기계의 비상 정지를 조정하는 회로에서 계전기가 고장나면 즉시 중단되어야 합니다.
• 진단 및 모니터링: 고급 계전기 모듈에 통합되는 이 기능을 사용하여 시스템에서 계전기의 결함 또는 오작동을 감지하고 고장 경보, 중복 계전기로 전환 등 적절한 대응을 시작할 수 있습니다.
• 신뢰성 및 견고성: 계전기 모듈은 내구성과 신뢰성으로 잘 알려져 있습니다. 계전기 모듈은 극한 환경 조건, 온도 변화, 기계적 응력을 견딜 수 있으므로 까다로운 산업 환경에서 사용하는 데 적합합니다.
• 짧은 대기 시간: 안전이 중요한 응용 분야에서 응답 시간은 가장 중요한 요소입니다. 작업자와 장비의 안전을 보장하기 위해 빠른 응답 시간이 요구되는 응용 분야에서 계전기 모듈이 선호됩니다.

기능적 안전 응용 분야에서 계전기 모듈을 구현하는 경우 표준 준수를 비롯하여 몇 가지 사항을 고려해야 합니다. 기능적 안전 응용 분야에서 사용되는 계전기 모듈은 관련 안전 표준 및 인증을 준수해야 합니다.

유럽전기기계표준화 위원회(CENELEC)는 전기 기계 기본 계전기에 집약되는 EN 61810 계열을 개발했습니다. 이 계열은 각각 특정 계전기 종류와 응용 분야에 맞게 조정되는 다양한 표준으로 구성됩니다. EN 61810-3은 이러한 표준 중 하나이며, Type A 변형이 특히 중요합니다.

안전 계전기

EN 61810-3 Type A 표준은 특정 설계 및 구성 기술을 통합하는 기본 계전기에 적용되어 상시 개방(NO) 접점이 상시 폐쇄(NC) 접점과 동일한 위치에 놓이지 않도록 보장합니다. 표준을 준수하기 위해 강제 유도 접점으로 특별히 고안된 이 계전기는 자체 모니터링 안전 관련 제어 시스템에 적용 가능한 기능을 갖추고 있습니다.

강제 유도 접점은 기계적으로 연결되어 아크가 발생되는 접점 마이크로 용접(‘계전기 부착’) 등에서 NC 개방 접점이 NO 폐쇄 접점과 동시에 닫히지 않도록 합니다.

이 안전 메커니즘의 실제 예시는 그림 1에 나와 있으며 NO 접점 3개와 NC 접점 1개가 탑재된 Weidmüller 안전 계전기 모듈을 보여줍니다. 이미지에 표시된 대로 모든 극이 막대를 통해 기계적으로 연결되어 독자적으로 이동할 수 없습니다.

NC 접점이 융착되면 계전기에 전력이 공급되는 동안 NO 접점이 닫히지 않습니다. 마찬가지로 NO 접점이 융착되면 계전기의 전력이 차단되는 동안 NC 접점이 닫히지 않습니다. 특수 회로와 함께 개방 오작동을 감지합니다. 이는 작업자와 기계의 최대 안전을 보장하는 가장 안정적인 방법입니다.

그림 1: Weidmüller 안전 계전기 모듈 구성도. (출처: Weidmüller)

안전 계전기를 사용하면 기계 및 시스템에서 안전 기능을 안정적으로 구현하여 비상 정지 버튼 신호, 광 커튼, 안전 도어 스위치 등을 모니터링할 수 있습니다. 공장에서는 비상 시에 빠른 응답이 요구됩니다. 사이렌, 경고등 또는 냉각 시스템을 켜려면 ETS(‘Energized to Safe’) 프로토콜을 사용하고, 모터 또는 비상 정지 밸브를 끄려면 DTS(‘De-energized to Safe’) 절차를 따라야 합니다. 이중 접점이 탑재된 계전기를 사용하면 안전 관련 응용 분야의 IEC62061 및 SIL 3 준수 활성화 및 비활성화가 보장됩니다.

반복적으로 사용한 이후에 안전 표준을 준수하지 않는 스위칭 계전기의 금속 접점이 융착될 수 있습니다. 그러면 작업자가 비상 정지 버튼을 클릭하더라도 기계는 불안정한 모드에서 계속 작동합니다. 작업자와 기계 모두에 위험이 있습니다. 안전 인증을 받지 않은 계전기는 국내 및 국제 안전 요구 사항에 규정된 대로 잠재적으로 위험한 기계 또는 설치에 사용할 수 없습니다.

증가하는 안전 및 신뢰성으로 인해 포지티브 구동 접점이 있는 계전기가 인기를 얻고 있습니다. 포지티브 구동 접점이 있는 계전기 모듈은 중복 회로 및 메커니즘을 기본 기술로 채택합니다. 이러한 중복 기능은 제어 회로 또는 계전기가 고장나더라도 계전기가 안전한 상태로 유지되도록 보장하기 위해 설계되었습니다. 이 이중화는 안전 및 신뢰성이 중요한 응용 분야에 중요합니다.

이러한 계전기 모듈은 신뢰성 및 안전 기능으로 인해 다음과 같은 다양한 응용 분야에 적합합니다.

• 산업 자동화
• 의료 장치
• 발전 및 분배
• 통신용 제품
• 교통

주 접점과 보조 접점이 기계적으로 연결되는 이러한 유형의 계전기에서 보조 접점의 위치를 사용하여 전력 회로의 주 접점 위치를 결정할 수 있습니다. 따라서 코일에서 전력이 차단되더라도 접점 부착으로 인해 접촉기가 닫힌 상태로 유지되는지 여부를 결정할 수 있습니다. 전력 극 접점이 융착되면 코일에서 전력이 차단될 때 기계적 연결로 인해 개방된 보조 점점이 닫히지 않습니다.

Weidmüller의 SAFESERIES 계전기 모듈

전기 공학 분야에서 안전과 신뢰성은 가장 중요한 요소입니다. 정밀성과 신뢰성에 대한 이러한 노력으로 인해 포지티브 구동 접점이 탑재된 Weidmüller의 플러그형 계전기 모듈과 같은 고급 부품이 개발되었습니다. 이러한 혁신적인 계전기 모듈은 다양한 응용 분야에서 향상된 안전, 효율성, 유연성을 제공하여 기술 부문의 커다란 진보를 나타냅니다.

이러한 계전기 모듈의 중심에는 접점의 포지티브 구동을 보장하는 기술이 있습니다. 즉, 접점이 제어되고 신뢰할 수 있는 방식으로 개방 상태와 폐쇄 상태로 전환될 수 있습니다. 이 메커니즘은 계전기 또는 제어 회로 고장에 상관없이 의도치 않은 접점 작동 가능성을 배제합니다. 그 결과 계전기는 성능에 영향을 주지 않고 안전을 우선시합니다.

Weidmüller의 SAFESERIES 접점 확장은 강제 유도 접점이 있는 계전기로 구성되어 EN 61810-3 Type A를 준수합니다. 따라서 이 계전기는 작업자와 기계 모두의 안전과 관련된 응용 분야에서 신호를 모니터링하는 데 특히 적합합니다.

SAFESERIES는 다음 접점 버전의 정합 나사 소켓이 있는 4개의 개별 플러그형 계전기로 구성됩니다.

• 2 NO + 2 NC
• 3 NO + 1 NC
• 4 NO + 2 NC
• 3 NO + 3 NC

EN/ISO 13849-1 표준에 따라 설계된 경우 응용 분야에 대한 최고 성능 수준 PL ‘e’에 도달할 수 있습니다. IEC/EN 62061에 따라 안전 응용 분야에서 기본 부품을 사용하여 SIL 3 안전 무결성 수준에 도달할 수도 있습니다.

그림 2는 DIN 레일 응용 분야에 적합한 조립품에 동봉된 Weidmüller 2759070000 안전 계전기 모듈을 보여줍니다. 이 계전기는 NO 접점 3개 및 NC 접점 1개와 24V_DC ±10% 코일이 있는 4개 위치 범용 계전기입니다. 정격 스위칭 전압 250V_AC의 20mA 코일 정격 DC 전류와 정격 지속 전류 6A의 AgSnO 금도금 접점을 적용하여 장치를 구동할 수 있습니다. 부하 측면에서 최대 스위칭 전압은 400V_AC 및 250V_DC입니다. 그림 1의 구성도에 표시된 대로 이 계전기는 상태 표시등(녹색 LED)과 보호용 프리휠링 다이오드를 통합합니다. 켜기 및 끄기 지연은 20ms 미만이고, 장치 수명은 10 x 10⁶ 스위칭 주기입니다.

그림 2: Weidmüller의 2759070000 SAFESERIES 계전기 모듈. (출처: DigiKey)

SAFESERIES의 다른 제품인 2759030000 소형 산업용 계전기가 그림 3에 나와 있습니다. NO 접점 3개 및 NC 접점 1개를 제공하고 강제 유도 접점이 있는 이 계전기는 범용 응용 분야에 적합하며 스루홀 실장이 있습니다.

그림 3: Weidmüller의 2759030000 SAFESERIES 계전기 모듈. (출처: DigiKey)

결론

계전기 모듈은 신뢰할 수 있는 제어를 보장하고 중요한 임무를 수행하므로 기능적 안전 시스템의 중요한 부품입니다. 계전기 모듈은 견고성, 고장 시 안전 설계, 이중화 호환성으로 인해 가장 높은 안전 수준이 요구되는 응용 분야에서 주로 선택됩니다. 계전기 모듈은 관련 표준에 따라 적절하게 사용될 경우 산업용 시스템과 자동차 시스템의 전체 안전 및 신뢰성에 크게 기여합니다. 계전기 모듈은 기술의 발전에 따라 지속적으로 개발 및 성장하고 있으며, 지속적으로 강화되는 기능적 안전 요구 사항을 충족하기 위해 점점 더 복잡한 기능이 추가되고 있습니다.