위험한 산업 작업 영역에서 작업자 안전을 위한 안전 레이저 스캐너 사용

대부분의 산업 자동화 시설은 위험한 작업장입니다. 자동화 또는 반자동화 장비가 작동되는 현장 영역이 있으며, 장비를 사용하는 동안 이곳에 사람이 들어가는 것은 매우 위험합니다. 위험한 현장 영역으로는 고전압 발전기, 산업용 용접 기계, 고강도 표준 자동 기계, 로봇, 무단 접근으로 인해 심각한 상해가 발생할 수 있는 기타 노출된 기계류가 있습니다. 또한 이러한 영역에는 기계가 작동하지 않는 동안 빠르고 쉽게 액세스할 수 있어야 하기 때문에 펜스나 게이트는 번거롭고 비실용적입니다. 현장에서 색상이 적용된 반사 스트립을 사용하여 위험 영역을 표시할 수 있지만 사람이 위험 영역에 들어가면 조치를 취할 수 있는 현장에서의 능동적인 감지 시스템이 더욱 효과적일 것입니다.

본 기사에서는 안전 레이저 스캐너를 사용하여 레이저 빔으로 대상 영역을 스캐닝하여 위험한 산업 작업 영역을 모니터링하는 방법을 소개합니다. 운영 중인 산업 시설에서 작업자가 위험한 장비에 접근할 때 안전을 확보하는 방법과 함께 안전 레이저 스캐너의 장점을 살펴보겠습니다. 다음으로 Banner Engineering과 IDEC의 산업용 레이저 스캐너를 통해 운전자를 감지하고 경보음 신호, 기계 속도 감소, 장비 작동 정지 등의 안전 조치를 취하기 위해 현장 내 영역을 손쉽게 모니터링하는 방법을 소개합니다.

위험한 작업 영역에서의 안전 확보

산업 시설에는 작업자에게 심각한 상해를 입힐 수 있는 고전압 장비가 있을 수 있습니다. 이 장비를 분리하거나 케이지에 넣어 둘 수 있지만 장비 운전을 담당하는 기술자에 대한 보호 조치가 이루어져야 합니다. 또한 제조 시설에는 경고 없이 작업자가 발을 헛디디기 쉬운 산업용 로봇 장비가 있을 수 있습니다. 자동화된 조립 라인에 로봇이 있는 경우에는 보통 펜스로 분리되어 있을 수 있지만 작업 공간에서 작업자가 자재를 취급하고 처리하는 경우에는 바쁜 작업 현장에서 누구나 쉽게 접근해야 할 수 있습니다. 또한 표준 자동 기계는 접근이 용이하면서도 통행자로부터는 분리되어 있는 경우가 많으며, 본인의 관할이 아닌 기계를 만져보고 싶어 하는 호기심 많은 방문자로부터 보호해야 합니다.

현장에서 이러한 유형의 산업용 장비에는 산업 시설 계획 시 작업자의 안전 확보가 필요합니다. 장비 평면도가 이미 배치된 상태에서 이러한 안전 조치를 구상하는 것보다는 시설 계획의 초기 단계에서 안전 예방 조치를 확립하는 것이 좋습니다. 이는 특히 안전 레이저 스캐너를 사용하는 경우에 더욱 중요합니다. 이러한 스캐너로 인해 선택된 영역에 초점이 맞춰진 여러 레이저가 있게 되며, 이러한 레이저는 스캐너의 수신기로 다시 반사됩니다. 스캐너는 이렇게 반사된 빛을 사용하여 스캐너의 감지 영역 내 현장 구역의 2차원 가시거리 맵을 생성합니다. 스캐닝된 영역에 차단되는 레이저 빔이 있는 경우, 안전 레이저 스캐너가 이 이벤트를 감지하여 경고등을 켜고 경보를 울리거나 자동화된 장비의 작동을 중지하도록 프로그래밍됩니다. 이를 통해 운전자의 안전을 확보하면서도 기계 가동 시간을 늘려 시설의 생산성을 향상시킵니다.

스캐닝 대상 영역 전체가 안전 레이저 스캐너에 대한 명료한 가시거리 내에 있어야 합니다(그림 1). 처음부터 작업 영역에 안전 레이저 스캐너가 계획되지 않으면 스캔 대상 영역 내 빔 경로상에 물체가 위치하여 스캐너 빔의 사각 지역이 발생할 수 있습니다. 더 위험한 것은 스캔 대상 영역에 하중을 지지하는 기둥과 같이 크고 이동이 불가능한 장애물이 있을 수 있다는 점입니다. 산업 시설 설계 초기 단계에서 안전 레이저 스캐너를 고려하면 이러한 장애물을 방지할 수 있습니다.

그림 1: 전형적인 안전 레이저 스캐너 설정은 침입 발생 시 경보를 발생하는 경고 영역 두 곳, 침입 발생 시 장비를 안전 또는 비작동 상태로 전환하는 안전 영역 한 곳으로 구성됩니다. (이미지 출처: IDEC)

작업 영역은 처음부터 안전 레이저 스캐너를 염두에 두고 구축되어야 합니다. 기술자는 스캐너와 함께 제공되는 시각적 계획 소프트웨어를 사용하여 스캔 영역을 스캐너에 프로그래밍합니다. 그림 1과 같이, 이러한 영역은 보통 경고 영역 1곳 이상과 최종 보호 영역 1곳으로 프로그래밍됩니다. 구성 소프트웨어를 사용하여 경보를 표시하거나 울리도록 각 경고 영역을 설정할 수 있습니다. 보호 영역에 무단 침입이 발생하면 장비의 작동을 중지하도록 설정할 수 있습니다.

안전 레이저 스캐너 작동

안전 레이저 스캐너에는 프로그래밍 가능한 레이저 샘플링 속도를 사용하여 침입을 확인하는 감지 알고리즘이 내장되어 있습니다. 대부분의 스캐너는 기본적으로 물체를 확인하는 샘플링 속도가 2x로, 즉 물체가 연속으로 두 번 감지되면 조치를 트리거하도록 설정됩니다. 여러 번 샘플링하여 금속 조작이나 곤충 등의 외부 입자로 인해 잘못된 경보가 트리거되지 않도록 합니다. 샘플 수가 증가하면 잘못된 경보가 감소하지만 감지 시간이 증가합니다. 감지 시간이 증가하면 감지 거리가 증가하여 경보를 제공하는 시간이 증가함으로써 안전을 유지할 수 있습니다.

대규모 산업 환경을 위해 설계된 견고한 안전 레이저 스캐너로는 Banner Engineering의 SX5-B 안전 레이저 스캐너가 있습니다(그림 2). SX5-B의 최대 안전 범위와 경고 영역 범위는 각각 5.5m와 40m이며 M12 커넥터를 사용하여 시설의 유선 이더넷에 연결됩니다. 이 스캐너는 IP65 등급으로, 먼지와 물 분사로부터 보호됩니다. 레이저 수용체는 가시광선을 걸러내어 주변광 전파 방해로부터 보호합니다. SX5-B는 최대 6곳의 영역 세트(예: 경고 영역 5곳, 보호 영역 1곳)까지 구성할 수 있습니다.

그림 2: Banner Engineering SX5-B 안전 레이저 스캐너의 최대 안전 및 경고 영역 범위는 각각 5.5m와 40m입니다. 범위는 275도이며 주변광과 먼지로부터 보호됩니다. (이미지 출처: Banner Engineering)

SX5-B는 안전 레이저 스캐너 상태를 나타내는 컬러 LCD 디스플레이를 갖추고 있습니다. 디스플레이는 최대 27가지의 상태, 진단, 경고 또는 보호 침해 등의 오류 상태를 나타내거나 레이저 감지기 청소가 필요한 경우에 이를 알립니다.

SX5-B의 보호 범위는 275도이며 모니터링 대상 영역에 침입이 발생하는지 보호 영역을 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 스캐너는 먼지, 흙 또는 작은 이물질로 인한 잘못된 경보를 걸러냅니다. 높이는 152mm로, 공장 작업을 방해하지 않고 바쁜 영역에 손쉽게 배치할 수 있습니다. 소프트웨어 구성은 사용하기 쉽고 감지 영역을 직사각형, 원형 또는 불규칙한 형태 등으로 유연하게 조정할 수 있습니다. 이러한 유연성을 통해 SX5-B는 원하는 영역만을 안전하게 모니터링하고 침입 경보가 필요하지 않은 안전 영역을 제외합니다.

다수의 안전 레이저 스캐너 연결

넓은 감지 영역의 경우 IDEC는 SE2L-H05LPC 안전 레이저 스캐너(그림 3)를 제공합니다. SX5-B와 동일한 특징에 함께 작동하는 4개의 SE2L 스캐너를 연결할 수 있다는 장점이 추가됩니다.

그림 3: IDEC SE2L-H05LPC 안전 레이저 스캐너는 최대 5m까지 270도의 안전 범위를 지원합니다. RS-485를 사용하여 4개의 SE2L 스캐너를 동시에 작동하도록 함께 연결할 수 있습니다. (이미지 출처: IDEC)

SE2L-H05LPC는 방수 기능이 있는 100Base-T 이더넷 커넥터를 사용하여 로컬 네트워크에 연결하며 호스트 PC에서 USB 2.0 연결을 사용하여 구성됩니다. 또는 micro SD 메모리 카드를 사용하여 구성 데이터를 SE2L로 전송할 수 있습니다. 이러한 경우 PC에 연결할 필요가 없기 때문에 새로운 구성을 다른 SE2L로 매우 빠르고 효율적으로 전송할 수 있습니다.

SE2L의 높이는 95mm로, 좁은 영역에 손쉽게 설치할 수 있습니다. 감지 각도는 270도이며 최대 감지 범위는 5m입니다. 주변광을 차단할 수 있으며 IP65 등급으로, 먼지 유입을 방지하고 잘못된 감지 이벤트에 대한 저항력이 더욱 뛰어납니다.

넓은 면적을 모니터링하기 위해서는 최대 4개의 SE2L 스캐너를 함께 연결할 수 있습니다. 1개의 호스트 SE2L이 메인 제어 기판 또는 장비와 스캐너를 담당하는 PLC(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러)에 연결됩니다. 추가로 최대 3개의 SE2L 스캐너가 호스트 스캐너의 RS-485 포트에 연결됩니다. 이러한 3개의 SE2L 스캐너의 경보 또는 이벤트 표시는 RS-485 연결을 통해 호스트 스캐너에 전달됩니다. 그러면 호스트가 적합한 조치를 PLC 또는 알람 표시기로 전달합니다. 이를 통해 4개의 스캐너 모두가 개별 감지 영역에 대한 동일한 경보와 알림을 공유할 수 있습니다. 이러한 경우 구성이 크게 간소화되고 유선 연결이 감소합니다.

결론

산업 자동화 시설의 최우선 과제는 작업자의 안전을 확보하는 것입니다. 너무 위험해서 장비 작동 중에는 사람이 접근할 수 없지만 장비가 작동하지 않는 경우에는 작업자가 쉽게 접근할 수 있어야 하는 영역도 있습니다. 안전 레이저 스캐너를 통해 위험한 장비 주위의 영역을 쉽고 효율적으로 모니터링할 수 있습니다. 이를 통해 작업자의 안전을 확보하면서도 정상 운전 중 필요한 경우 장비에 쉽게 접근할 수 있어 생산성이 향상됩니다.