신뢰 가능한 산업 시스템 활용 및 올바른 연결 및 센서 사용을 통한 작업자 안전 보장

산업 시설에서 산업용 사물 인터넷(IIoT)의 지속적인 활용을 통해 자동화, 예측 분석 및 안전 수준을 높여감에 따라, 장치와 시스템 간의 안정적인 연결이 더욱 중요해지고 있습니다. 그러나 개선이 요구되는 사항이 여전히 많은 응용 분야도 있습니다. 케이블과 근처의 작업자 모두 부식성 화학 물질 및 가스에 노출되는 동시에 고온 및 저온의 극한 온도에 노출될 수 있습니다.

또한 일부 장비에서 방출되는 황화수소와 같은 부식성 가스는 작업자에게 해로울 뿐만 아니라 케이블의 수분과 접촉하면 황산과 같은 위험한 반응을 일으키는 부산물을 생성합니다. 이로 인해 케이블 재킷이 빠르게 부식되어 차폐 및 컨덕터가 노출될 수 있기 때문에 종종 단락 및 시스템 오류로 이어집니다.

이 기사에서는 열악한 환경에서의 케이블 연결 문제에 대해 설명합니다. 그런 다음 산업 시스템 설계자가 Molex의 실제 사례를 통해 산업용 등급 센서 케이블을 선택하여 안정적인 연결과 작업자의 안전을 보장할 수 있는 방법을 보여줍니다. 또한 위험한 황화수소 가스가 장비나 인력에 심각한 손상을 입히기 전에 감지하는 방법에 대한 실제적인 예시도 살펴봅니다.

매우 열악한 산업 환경에서의 케이블 연결

산업 자동화 시스템은 센서에 의존하여 공장에서의 공정 및 시스템 상태를 감지합니다. 사용되는 센서의 유형은 다양하며 온도 서미스터, 압력 변환기, 레벨 센서, 광 감지기 및 근접 스위치 등이 포함될 수 있습니다. 주 컴퓨터가 모터, 컨베이어 벨트, 조명, 액체 계량 및 유사 장치를 위한 액추에이터를 제어하는 ​​방법과 시기를 적절하게 결정하기 위해서는 정밀한 센서 데이터가 요구됩니다. 잘못된 센서 데이터로 인해 잘못된 시간에 또는 잘못된 파라미터로 액추에이터를 제어하게 될 수도 있으며, 그로 인해 비효율적인 운영으로 인한 운영 비용 증가로부터 고비용의 다운타임으로 이어지는 시스템 고장에 이르기까지 다양한 결과가 초래될 수 있습니다. 열악한 환경에 노출된 케이블을 적절하게 선택하고 사용하면 센서 데이터 및 액추에이터 제어 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 케이블 연결을 잘못 선택하는 경우 문제 해결이 까다로운 간헐적 연결 문제로 이어져 고비용의 다운타임이 발생하게 될 수도 있습니다. 잘못된 케이블 선택은 결국 신호 저하 또는 전체 신호 손실을 초래할 수 있습니다.

IP67 또는 IP68 등급의 산업용 등급 케이블로 인증한 제조업체의 케이블을 사용하면 이러한 많은 문제가 해결될 수 있습니다. 케이블이 IP67 또는 IP68 등급이라는 것이 반드시 산업용 등급임을 의미하는 것은 아닙니다. IP 코드는 케이블이 단지 일반 미립자 물질에 대한 저항 및 내수성이 있음을 증명합니다. 따라서 일반 소비자 등급 케이블은 IP68 인증을 받아 견고해 보일 수 있지만, 견고한 산업용 등급 케이블의 기능인 극한 온도 보호, 일반 용제 및 부식성 액체에 대한 내성 또는 비틀림 및 마모에 대한 내성이 없을 수 있습니다.

산업 환경에서의 USB 센서 및 액추에이터 연결

다양한 유형의 센서와 액추에이터가 서로 다른 인터페이스 옵션을 사용하지만, 안전하고 보편적인 방법은 USB를 인터페이스로 사용하는 것입니다. 최신 시설에서는 고속, 전력 공급 및 향상된 안정성 등 USB 3.0의 기능적 장점을 활용하고 있습니다. Molex는 0847330005 USB 3.0 산업용 케이블을 제공합니다(그림 1). 이 케이블의 길이는 1.31미터(m)이며 한쪽 끝에는 밀봉된 USB 3.0 A형 원형 리셉터클 커넥터가 있고 다른 끝에는 USB 3.0 A형 플러그가 있습니다. 전체 케이블 조립품은 IP67 등급입니다. 초당 5기가비트(Gbits/s)의 데이터 전송률을 지원하며 USB 2.0 플러그 및 리셉터클과 역호환됩니다. 케이블의 정격은 -40°C ~ +85°C이며 가장 열악한 산업 환경에 적합합니다.

그림 1: Molex 0847330005 USB 3.0 케이블의 한쪽 끝에는 원형 USB 3.0 A형 리셉터클이 있고 다른 끝에는 표준 USB 3.0 A형 플러그가 있습니다. 열악한 환경에 적합한 산업용 등급 케이블입니다. (이미지 출처: Molex)

Molex 0847330005 USB 3.0 케이블은 정격으로 각 접점에 대해 최대 1A(암페어)를 안전하게 처리할 수 있습니다. 전자파 장해(EMI)로부터 완전히 차폐되어 있으며, 이는 5Gbit/s USB 3.0 데이터 전송이 다른 전자 장비를 방해하지 않도록 하기 위해 필요합니다.

USB 3.0 A형 플러그는 개인용 컴퓨터(PC)에서 흔히 볼 수 있는 표준 USB 3.0 리셉터클을 제공하는 산업용 컴퓨터 또는 내장형 시스템에 연결할 수 있습니다. USB 3.0 A형 원형 리셉터클이 있는 케이블의 다른 쪽 끝은 USB 인터페이스가 있는 센서 장비에 연결됩니다. 리셉터클 원형 커넥터의 잠금 너트에는 20lb-in(파운드인치)의 토크를 견딜 수 있는, 사용이 간편한 트위스트 잠금 메커니즘을 갖추고 있습니다. 이는 사고로 떨어져 나오지 않도록 센서 장비에 대한 견고한 연결을 제공합니다. 각 커넥터는 주기적으로 재구성해야 하는 산업 장비에 적합한 500회 결합 및 비결합 주기에 정격화되었습니다.

리셉터클 원형 커넥터의 개스킷 시일은 수분 및 산업용 오일에 내성이 강한 검은색 니트릴로 제공되는데, 니트릴 개스킷은 가솔린, 유압 유체 및 일반 용제에도 내성이 있습니다. 따라서 이 케이블은 가솔린 구동 기계에 사용되는 센서에의 연결을 위한 아주 좋은 선택이 됩니다. 용제 또는 기타 유체가 과다 유출되거나 사고가 발생해서 이러한 액체가 커넥터로 흘러 가는 경우에도 시일 부분을 관통하여 데이터 전송을 방해하는 일이 일어나지 않게 됩니다.

햇빛과 자외선(UV)은 케이블 재킷의 변색을 유발할 수 있으며, 케이블 재킷이 변색되면 유지 보수의 용이성을 위해 케이블이 색상으로 구분되어 있는 경우 이 장점을 활용하기가 어려워질 수 있습니다. 햇빛은 또한 상업용 케이블 재킷에 균열을 일으켜 EMI 차폐를 소자에 노출시킬 수 있습니다. Molex USB 3.0 케이블 재킷은 햇빛과 자외선에 대한 내성이 뛰어난 내구성 있는 PVC 수지로 제작됩니다. PVC 수지는 또한 수분에 대한 내성을 갖추었는데, 수분은 시간이 지남에 따라 소비자 등급 재료로 만들어진 상업용 케이블의 길이를 단축시킬 수 있습니다.

기계식 액추에이터 및 솔레노이드에의 연결

DIN 밸브 커넥터는 밸브, 압력 스위치, 제한 스위치 및 저에너지 모터와 같은 액추에이터를 제어하는 ​​데 사용되는 솔레노이드를 활성화하는 데 사용됩니다. 산업 환경에서의 DIN 밸브 액추에이터에 대한 견고한 연결을 위해, Molex는 2210503466 DIN 밸브 커넥터와 5m 케이블을 제공합니다(그림 2). 최대 24V의 액추에이터 전압에 연결하기 위해 3선 피그테일로 종단됩니다. 케이블 조립품은 -40°C ~ +90°C에 정격이며, 추운 환경뿐만 아니라 매우 뜨거워지는 일부 엔진 및 장비에도 적합합니다.

Molex DIN 밸브 커넥터는 DIN 밸브 위에 꼭 맞는 안전한 IP67 시일을 제공하며, 활성화되는 경우 제어되는 DIN 밸브 유형에 따라 밸브를 활성화하거나 비활성화합니다. 커넥터는 나사로 고정되어 실수로 제거되지 않도록 최대한의 보호를 제공합니다. DIN 커넥터의 노란색 발광 다이오드(LED)는 DIN 밸브가 활성화되었음을 시각적으로 표시합니다.

그림 2: Molex 2210503466의 한쪽 끝에는 DIN 밸브 커넥터, 다른 쪽 끝에는 3선 피그테일이 있습니다. 노란색 LED는 밸브가 활성화되었음을 작업자에게 표시합니다. (이미지 출처: Molex)

Molex 2210503466 DIN 밸브 커넥터 및 케이블에는 강력한 화학 물질에 대한 내성을 지니며 뒤틀림이나 구부러짐을 방지하는 내구성이 뛰어난 폴리우레탄 재킷이 있습니다. 폴리우레탄 케이블 재킷은 절단 및 압착력에도 매우 강합니다. DIN 밸브 케이블이 손상되면 DIN 밸브 장비가 간헐적으로 작동하거나 전체 장비의 고장이 초래되기도 합니다. 따라서 이 케이블은 케이블이 빠르게 확장 및 축소될 수 있는 이동 중장비의 액추에이터 및 기계 오작동 또는 잘못된 구성으로 인해 케이블이 찌그러질 수 있는 제품에 적합합니다.

안전 관행 측면에서, 케이블이 너무 짧아 정상적인 작동 중에 케이블을 확장하는 것은 케이블 연결의 양쪽 끝에 압박을 주게 되므로 이러한 방법은 권장되지 않습니다. 그런 방법을 사용하려면 케이블 종단의 양쪽 끝이 당겨지지 않도록 케이블을 충분히 느슨하게 해야 합니다. 그러나 케이블이 느슨해질수록 케이블이 실수로 다른 것에 걸리거나 눌릴 가능성이 커집니다. 이러한 응용 분야에서 폴리우레탄 재킷은 적절하고 비용 효율적인 솔루션이 됩니다.

부식성 물질로부터의 보호

가솔린 동력 엔진과 일부 산업용 화학 공정은 위험한 황화수소 가스를 방출시킬 수 있습니다. 산업 시설은 이러한 가스가 안전하게 담겨져 있도록 설계되지만, 가솔린 구동 차량을 운전하는 사람이라면 배기 매니폴드에서 가스가 누출될 수 있음을 알고 있을 것입니다. 또한 공장의 누군가가 밸브를 닫는 것을 잊을 수도 있습니다. 황화수소 가스는 소량이라도 작업자에게 매우 유독합니다. 황화수소는 보통 썩은 달걀과 같은 냄새가 있어 인지될 수 있지만, 공기보다 무거우며 진원지에서 멀리 떨어진 대규모 산업 단지 바닥으로 감지되지 않은 채 빠르게 퍼질 수 있습니다.

황화수소가 물과 접촉하면 부식성 황산을 형성하여 구리, 철 및 알루미늄 장비를 매우 빠르게 부식시킬 수 있습니다. 황산이 젖은 케이블과 접촉하면 폴리우레탄과 같은 대부분의 케이블 절연체 유형을 빠르게 부식시킬 수 있습니다. PVC 수지 케이블 재킷은 상온에서 폴리우레탄보다 내산성이 더 높지만 극한 온도에서 저온 및 고온의 황산은 PVC 케이블 재킷을 빠르게 부식시킬 수 있습니다. 재료 사양서에 관계없이, 황화수소 및 황산은 배기 매니폴드 및 이러한 위험 물질을 포함하도록 특별히 설계된 기타 장비 이외의 모든 재료에 대해 위험한 물질로 간주되어야 합니다.

Molex Sensorcon은 케이블, 장비 및 작업자를 안전하게 보호하기 위해 2023150001 황화수소 가스 분석기를 제공합니다(그림 3). 1ppm(백만분율)의 작은 분해능과 400ppm의 높은 분해능으로 황화수소 가스 농도를 감지하고 표시할 수 있는 LCD 디스플레이를 갖춘 휴대용 장치입니다.

그림 3: Molex Sensorcon 2023150001은 황화수소 가스를 1ppm에서 400ppm까지 감지할 수 있는 휴대용 황화수소 가스 감지기입니다. (이미지 출처: Molex)

Molex Sensorcon 2023150001 황화수소 가스 감지기는 IP67 등급이며 높은 그리고 낮은 경보 설정 지점에서 두 개의 다른 경보음을 낼 수 있습니다. 공장 출하 시 낮은 경보 설정값은 10ppm이지만 수동으로 최저 1ppm까지 설정할 수 있습니다. 공장 출하 시 높은 경보 설정값은 15ppm 이상이지만 수동으로 100ppm 이상으로 설정할 수 있습니다. 이러한 경보와 함께, 핸드헬드 장치는 경고 제공 시 진동할 수도 있으므로 소음이 있는 산업 환경에서 유용합니다.

이 감지기는 공기보다 무거운 가스가 모일 수 있는 바닥 쪽, 특히 기계실 바닥 중 더 낮은 곳에 있는 저농도의 황화수소 가스를 감지하는 데 적합합니다. 황화수소의 농도가 썩은 계란의 냄새로 운영자에 의해 감지될 만큼 충분히 높지 않은 경우에 황화수소를 감지하는 데 유용합니다.

황화수소 가스를 방출하는 엔진과 대부분의 산업 공정에서는 일산화탄소도 방출되는데, 일산화탄소는 무취이며 소량이라도 인체에 유해할 수 있습니다. Molex Sensorcon은 황화수소 감지기와 물리적 구조가 동일한 2023100001 일산화탄소 가스 감지기를 제공합니다. 일산화탄소의 존재는 작업자에게 위험할 뿐만 아니라 감지되지 않은 황화수소가 있음을 의미할 수도 있습니다. 두 장치 모두 산업 자동화 시설에서 작업자와 장비를 안전하게 유지하기 위해 유용하게 사용됩니다.

결론

자동화 시설에서 케이블 조립품을 보호하는 문제는 쉽지 않은데, 특히 극한의 고온 및 저온 환경 및 위험한 부식성 가스와 액체가 존재할 수 있는 곳에서 더욱 난해할 수 있습니다. 산업용 등급 센서 케이블 조립품은 컴퓨터가 정확한 센서 데이터로 산업용 시스템을 적절하고 효율적으로 제어할 수 있도록 합니다. 또한 액추에이터용 산업용 등급 케이블은 해당 작동이 적절하고 안정적으로 제어되도록 지원합니다. 이로 인해 신뢰성이 높아지고 유지 보수 작업이 줄어들므로 운영 비용이 절감됩니다.