광 커튼 사양 및 구매

광 커튼은 기계 근처에서 또는 기계로 작업하는 작업자와 기타 공장 직원의 부상을 방지하기 위해 위험한 기계 축을 게이트로 제어하는 안전 장치입니다. 광 커튼은 수신기에서 감지할 광전 광 빔을 생성하는 막대 모양 방출기를 사용합니다(그림 1). 빔의 중단은 작업 공간에서 어떤 동작이 발생했고 위험한 작업을 중지하거나 속도를 늦추지 않으면 작업 중인 사람에게 위험을 초래할 수 있음을 기계 컨트롤러에 알리는 신호가 됩니다. 광전자식 안전 커튼은 펜스 기반 경계보다 눈에 잘 띄지 않고 구성하기가 훨씬 간단하기 때문에 사용이 증가하고 있습니다.

그림 1: 최신 광 커튼은 기계의 안전성을 획기적으로 향상합니다. 대부분은 영역 센서 기반의 안전 시스템을 교체하는 프로세스를 간소화하도록 설계되었습니다. (이미지 출처: Design World)

이 기사에서는 광 커튼을 지정하고 설치할 때 고려할 사항을 살펴봅니다. 안전과 관련된 중요한 활동이므로 설치하기 전에 관련된 국내 및 국제 표준을 모두 확인해야 합니다. 표준에 따라 작업하는 데 익숙한 전문 설치 기사로부터 서비스를 받는 좋습니다. 이 기사에서는 관련 표준의 일부를 소개하고 안내할 뿐 아니라 전문 안전 시스템 설치 기사와 설계 요구 사항을 논의할 때 도움이 되는 배경 지식도 제공합니다.

위험 식별

안전 시스템을 지정하기 전, 위험성이 있는 기계를 보호하기 위해 철저한 위험 평가를 수행해야 합니다. 이를 통해 기계에서 위험이 발생할 수 있는 영역과 잠재적인 위험 진입점을 파악할 수 있습니다. 위험 요소로 인한 위험의 정도는 적절한 안전 조치 사양의 중요한 부분입니다.

최소 센서 감지 기능

최소 센서 감지 기능은 광 커튼을 작동시키는 최소 물체 크기입니다. 광 커튼마다 빔의 배열 간격이 다릅니다. 빔 사이 간격이 직경 5mm인 경우 광 커튼으로 손가락이 삽입되면 중지 명령이 만들어집니다. 하지만 최소 센서 감지 기능이 150mm이면 공장 직원이 기계를 정지하지 않고 팔을 집어넣어 커튼이 쳐진 영역 내부에 접근할 수 있습니다. 광 커튼이 감지할 수 있는 물체 크기에 따라 기계의 위험한 부분을 기준으로 광 커튼을 배치해야 하는 거리가 결정됩니다.

최소 거리

가드와 달리 광 커튼은 사람이 위험 구역에 접근하지 못하도록 물리적으로 막지 않습니다. 대신 광 커튼은 위험한 작업을 중지하거나 안전 속도로 줄이도록 명령합니다. 따라서 사람이 위험 요소에 접근하기 전에 기계를 정지할 시간을 주기 위해 광 커튼은 위험 요소에서 충분한 거리를 두고 배치해야 합니다(그림 2). 이 거리는 전체 시스템 정지 성능, 침입 거리 및 접근 속도의 세 가지 매개 변수에 따라 결정됩니다.

그림 2: 광 커튼의 적절한 사양을 결정하려면 커튼의 감지 영역과 위험한 기계 영역 사이의 안전 거리를 정확하게 계산한 다음 해당 값보다 크거나 같은 거리를 유지해야 합니다. 이러한 거리를 정의하는 데 도움이 되는 표준이 있으며, 실제로 EN ISO 13855 안전 거리 표준에서는 점점 더 기능이 좋아지는 커튼을 활용하고 더욱더 콤팩트한 생산 기계를 지원하기 위해 거리가 짧아졌습니다. (이미지 출처: Panasonic Industrial Automation Sales)

전체 시스템 정지 성능은 사람이 광 커튼을 통과하는 때와 기계가 실제로 정지하는 때 사이의 전체 시간입니다. 여기에는 전기 제어 시스템에서의 지연과 움직이는 기계가 얼마나 빨리 정지할 수 있는지를 결정하는 관성 효과도 포함됩니다. 전체 시스템 정지 성능은 변수 T로 표시됩니다.

침입 거리는 광 커튼이 활성화되기 전에 손가락이나 손과 같은 신체 일부가 광 커튼을 통과해 위험 구역으로 이동할 수 있는 거리입니다. 최소 센서 감지 능력이 큰 경우(몸 전체가 통과해야만 정지 명령이 트리거되는 경우) 특히 이 거리가 중요합니다. 이 경우 사람의 손이나 팔이 광 커튼을 통과해도 기계가 정지되지 않습니다.

국제표준화기구에서 제정하고 전 세계적으로 사용되는 EN ISO 13855 안전 거리 표준에 따르면 위험 구역까지의 최소 거리 S(mm)는 다음 식을 사용하여 계산됩니다.

여기서 K는 사람(팔 또는 신체)의 최대 접근 속도(mm/s), T는 전체 정지 성능(초), C는 침입 거리(mm)입니다. K의 경우 EN ISO 13855에서는 K를 사람의 팔이 움직일 수 있는 가장 빠른 속도인 2,000mm/s와 인체가 움직일 수 있는 가장 빠른 속도인 1,600mm/s로 규정합니다.

예를 들어 작업 셀에 직경 40mm의 물체를 감지할 수 있는 광 커튼이 있다고 가정합니다. 먼저 최소 거리는 K = 2,000mm/s를 사용하여 계산합니다. 계산한 거리가 EN ISO 13855에 규정된 100mm 미만이면 해당하는 낮은 결과 값은 무시하고 100mm 값을 사용합니다. 결과 값이 EN ISO 13855에 규정된 500mm를 초과하는 경우 위험 영역에 걸어 들어가는 사람의 부상을 방지하기 위해 K = 1,600mm/s를 사용하여 거리를 다시 계산하고 새로운 더 짧은 거리 사용할 수 있습니다(500mm 이상인 경우). 다른 센서 감지 기능의 값도 ISO 13855에 제시되어 있습니다.

로봇과의 최소 거리를 계산할 때는 로봇의 최대 도달 거리를 고려해야 합니다. 이때 로봇 프로그램을 사용하여 로봇을 전체 작업량의 일부만 수행하도록 제한해서는 안 됩니다. 하지만 로봇의 도달 범위를 안전하게 제한하는 인터로크 시스템으로 제한 스위치를 로봇 축에 사용할 수는 있습니다.

광 커튼이 적절한지 파악

안전 시스템 사양 결정의 초기 단계에 광 커튼이 적절한지 여부를 규명하는 것이 중요합니다. 이때 국제 전자기술 위원회(IEC) 및 ISO 표준 분류는 꼭 필요합니다. 이러한 분류에서는 안전 표준을 기본 A형 안전 표준, 일반 기능 B형 안전 표준 및 기계별 C형 안전 표준으로 분류합니다.

첫 번째 고려할 사항은 해당 기계 작동에 관한 C형 표준이 있는지 확인하고 해당하는 특정 응용 분야에 필요한 안전 조치의 유형을 정확히 파악하는 것입니다. 실제로 C형 표준은 사용 중인 기계 유형과 산업 모두에 특정한 경우가 많으며 A-B-C 시스템에 따라 표준을 분류하는 EN ISO 시스템을 수년간 채택한 NFPA, BN, ANSI, RIA 또는 기타 규제 기관에서 규정할 수 있습니다. 기계 작동에 C형 표준이 적용되는 경우 해당 표준의 지침(광 커튼 관련 지침 포함)을 따라야 합니다. C형 표준은 모든 위험 요소를 명확하게 정량화하고 사용 중인 기계 기능을 위해 필요한 위험 저감 조치를 명시하여 덜 구체적인 표준의 사용을 대체하기 때문입니다. 사용 중인 기계 기능에 적용되는 C형 표준이 없고 광 커튼이 적절한 옵션으로 보이면 최소 거리를 계산해야 합니다. 실용적인 최소 거리를 파악했으면 설계 엔지니어는 광 커튼 사양 결정을 계속할 수 있습니다. 하지만 공간이 제한되거나 기계를 정지하는 데 상당한 시간이 걸리는 경우 다른 형태의 안전 조치(예: 물리적 가드)를 고려해야 합니다.

광 커튼의 유형

국제적으로 채택된 IEC 61496 표준에서는 광 커튼을 유형 2 또는 유형 4로 분류합니다. 유형 2 광 커튼은 비용은 적게 들지만 느리고 신뢰성이 낮은 전자 장치입니다. 유형 2 광 커튼의 안전 회로에 고장이 발생하면 고장이 감지될 때까지 일정 기간 보호 기능이 제공되지 않을 수 있습니다. 반면 유형 4 광 커튼은 지속적인 자동 교차 검사를 통해 고장과 오류를 확인합니다. 오류가 발생하면 즉시 정지 신호를 발생시키므로 지속적으로 안전하게 보호합니다.

POC(작동 제어 지점) 광 커튼은 작업자가 빈번하게 기계를 조작하는 위험 요소 가까이에 설치하도록 설계되었습니다. 따라서 손가락, 손 및 팔을 감지하도록 설계되었습니다. 일반적으로 기계의 측면에는 물리적 가드를 사용하고 기계의 앞에 POC 광 커튼을 설치합니다.

PAC(주변 액세스 제어) 광 커튼은 작업자가 접근할 필요가 없는 기계 주변에 안전 둘레를 형성하며, 일반적으로 전신 감지 기능만 제공합니다.

AAC(영역 액세스 제어)를 사용하여 이 기능을 수행할 수도 있습니다. PAC에서는 미러를 사용하여 전체 둘레를 만드는 데 필요한 광 커튼 하드웨어를 줄이는 경우가 많습니다.

광 커튼 설치와 관련된 국제 표준

광 커튼의 올바른 설치와 관련된 많은 표준이 있습니다. 공장에서 안전이 중요한 응용 분야에 광 커튼을 설치하는 경우 이러한 표준을 직접 참조해야 합니다. ISO 13857은 사람의 팔다리가 위험 구역에 접근하지 못하도록 하기 위한 안전 거리 확보와 관련이 있습니다. 안전 거리는 위험 예측에 따라 결정합니다. 예를 들어 위쪽으로 접근할 경우 위험 요소로부터 700mm 이내 또는 상해 위험이 낮은 경우 500mm 이내에 접근할 수 없어야 합니다. ISO 12100은 상해의 심각성과 가능성을 규명하는 것과 관련이 있습니다. 낮은 수준의 상해는 타박상이나 손톱 부러짐 등 회복이 가능한 상해 또는 화상 임계값에 도달하지 않는 온도 및 접촉 지속 시간입니다. 화상 임계값은 ISO 13732에 나와 있고, ISO 14121은 위험 예측에 관해 자세히 설명합니다.

위에서 설명한 대로 ISO 13855에서는 여러 신체 부위의 접근 속도를 고려하여 안전 조치의 배치를 설명합니다. 일반적으로 광 커튼은 ISO 13857보다 ISO 13855가 더 관련이 있는데, 사람이 위험 구역에 들어가지 못하도록 막는 것이 아니라 위험한 작업을 중지시키기 위한 것이기 때문입니다. 따라서 광 커튼이 정지 신호를 보내는 시간과 기계가 실제로 정지하는 시간 사이에 사람이 이동할 수 있는 거리를 고려하는 것이 중요합니다. 전체 시스템 정지 성능과 가능한 최대 인간 접근 속도를 함께 고려하여 위험한 공정에서 광 가드의 최소 안전 거리를 결정합니다.

ISO 14119는 물리적 가드와 관련된 인터로크 장치의 사양과 설계를 다룹니다. 광 커튼을 명시적으로 언급하지는 않지만 방해 가능성을 최소화하는 설계 등 ISO 14119의 많은 원칙은 광 커튼과 관련이 있습니다.

ISO 14120은 물리적 가드 자체의 사양과 설계를 다루므로 광 커튼 설치와는 관련이 적습니다. 하지만 광 커튼을 물리적 가드와 함께 사용하는 경우가 많습니다. 예를 들어 측면에서 위험 구역으로의 접근을 방지하기 위해 물리적 가드를 사용하고 구역의 앞에는 광 커튼을 사용할 수 있습니다. 따라서 ISO 14120도 참조해야 할 수 있습니다.

결론

광 커튼은 기계 작동의 편의성을 크게 향상할 수 있습니다. 광 커튼을 통해 장비의 작업량을 명확히 확인할 수 있으며 작업자가 가드를 여는 불편함 없이 내부에 접근하여 부품을 제거하고 도구를 설치할 수 있습니다.

그러나 광 커튼이 제공하는 보호 수준은 차이가 날 수 있습니다. 기계 작동으로 발사되는 발사체의 경우 특히 그렇습니다.

전체 정지 성능을 고려해야 하기 때문에 광 커튼은 일반적으로 가드보다 위험 구역에서 더 멀리 배치된다는 점도 유념해야 합니다. 모두 적절한 안전 조치를 선택할 때 중요한 고려 사항입니다.