안전 제어를 위한 지능형 세이프티 센서
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지능형 세이프티 센서
최근 안전 시스템에 대한 관심이 증가하고 있다. 과실에 의해서 발생하는 에러 및 오동작에 대한 안정성을 확보할 목적으로 설치하는 세이프티 센서는 작업 공정에서 발생할 수 있는 사고를 차단할 수 있으며, 인명 피해를 최소할 수 있다. 한편 유럽의 경우는 모든 세이프티 센서를 규제하고 있지만, 국내의 일반 산업용 기계의 경우 안전 시스템에 대한 의무 사항이나 규정이 없어 세이프티 센서의 활용 부분이 강화되어야 할 전망이다.
글/ 전유준 기자(yjchun@motioncontrol.co.kr)
현재 유럽에서는 기계 장치로부터 작업자의 안전을 보장하기 위해 EN954-1 표준에 따라 기계장치에 컨트롤러를 설계하고 있으며, 유럽 표준은 과실에 의해서 발생하는 에러 및 오동작에 대한 안정성을 확보할 목적으로 전기, 유공압, 기계적 컨트롤러에 대한 평가를 하고 있다. 아시아에서는 중국의 경우 이미 안전과 관련된 법규가 세워져 있으며, 최근 일본과 한국을 중심으로도 안전 법규와 관련된 움직임을 보이고 있어 안전 시스템의 중요성이 부각되고 있다.
이러한 안전 시스템과 관련된 세이프티 센서는 라이트 커튼을 중심으로 릴레이, PLC, 근접센서, 도어락 스위치 등의 제품들이 시장을 형성하고 있으며, 국내의 경우 300억원 정도의 규모를 가지고 있다. 하지만 안전 규범이 법제화 될 경우 3000억원 정도의 규모로 성장할 것으로 전망되고 있다.
자동화기기를 책임지는
안전 시스템의 시장과 전망
안전 시스템과 관련되어 현장에서 가장 많이 사용되는 센서 제품군은 라이트 커튼, 포토 스위치, 근접 센서 등이 있으며, 유럽의 경우 안전 법규를 만족하는 제품을 분류하고 있다. 범용 센서의 경우 유량 게이지나 냄세를 맡을 수 있는 센서 등이 있으나 세이프티 센서로 분류하지 않고 있다.
한편 국내의 수출용 센서는 유럽의 안전 법규를 만족해야 하며, CE 인증을 받도록 되어있지만, 국산 라이트 베리어나 안전협회의 안 마크 인증 제품들은 관련 법규를 만족시키지 못하고 있다. 국산 제품은 기술력 부족으로 인해 선진 업체들의 수준을 따라가지 못하고 있으며, 안 마크 인증을 받은 제품의 경우 주로 프레스기를 사용하는 국내의 중소 업체에서만 사용되고 있다. 산업 안전 보험법은 프레스기, 전단기 2개의 기종에 대해서만 라이트 커튼을 의무적으로 설치하도록 규제하고 있으며, 일반 산업용 기계의 경우는 의무 사항이나 규정이 없어 세이프티 센서의 활용 부분이 강화되어야 할 상황이다. 유럽의 경우는 모든 세이프티 센서를 규제하고 있다. 유럽의 경우 라이트 커튼은 프레스나 전단기 이외에도 컨베이어 장치, 산업용 등의 구동 부위에서 활용되고 있다.
산업 안전 관리 공단 S마크 인증팀의 정재종 차장은 “문제는 고도의 신뢰도를 요구하는 제품이다. 반도체, LCD 등의 자동 조립라인의 라이트 커튼의 경우에서는 국산 제품을 사용하지 않는다.”며, “이러한 곳에서는 일본의 오므론, 필츠 등의 제품이 사용되고 있다.”고 설명했다.
또한 “반도체, LCD 등 첨단 장비에 들어가는 라이트 커튼은 구조가 다르며, 안정성과 신뢰성이 업그래이드된 제품이 사용되고 있다. 특히 삼성은 유럽의 규격과 같은 S마크 인증 제품을 선호하고 있다.”며, “S마크 제도는 제품의 신뢰성이나 성능 검증을 확보하기 위해 정부 차원에서 임의적으로 만든 제도이다. 물론 강제 사항은 아니지만, 인증을 받게 되면 대기업에 홍보도 해주고 추천을 해준다.”고 밝혔다.
세이프티 센서와 관련된 세계적인 선두업체들은 필츠, 지멘스, 터크, 오므론, CEDES, 로이체 루미 플렉스, STI, 썬크스, 슈나이더 등의 업체들이 있으며, 제품군으로는 라이트 커튼, 안전 릴레이, 안전 PLC, 도어락 스위치, 컨트롤러 등이 있다. 현재 S마크 인증을 받은 업체들은 오므론, 썬크스 등이 있으며, 다른 업체들은 S마크 인증을 추진 중에 있다.
정재종 차장은 “오므론의 경우 S마크 인증을 받아 삼성의 신규 공장에 들어가고 있다.”고 말하고 “국내에서는 사규로 인증제품을 사용하도록 정해놓은 삼성을 제외하고는 활발한 움직임이 없다.”고 설명했다.
현재 삼성 이외에는 GM대우가 안전과 관련해서 관리를 최우선으로 하고 있다. GM 대우의 경우는 미국식 안전 관리 체제를 접목해서 운영되고 있으며, S마크 인증 제품보다는 GM이 선호하는 업체의 제품을 사용하고 있다.
한편 정 차장은 “소비자의 인지도도 문제지만, 생산성의 문제로 안전 장치를 달지 않는 기업들도 문제가 있다.”고 말하고 “장기적인 생산성을 위해서는 오히려 안전 장치가 필요하며, 일반 산업 현장에서는 의무적인 성능 검정을 해야한다.”며, “안전과 관련된 사항들은 아직 논의되고 있는 단계이지만, 향후 법규화를 추진할 계획”이라고 밝혔다.
안전 개념 전파로
세이프티 센서 시장 확대
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| 필츠코리아의 PSEN제품군 |
필츠코리아의 문상용 부장은 “올해부터 세이프티에 대한 관심이 증가하고 있다.”고 말하고 “시장 확대를 위해서는 안전에 대한 개념부터 인지하는 것이 급선무이다.”며, “올해부터 시장의 지도가 바뀔 것으로 예상하고 있다.”고 설명했다.
세이프티 제품들은 EN954-1에 명시된 안전 카테고리를 따라야 한다. 해외의 경우는 카테고리 4를 만족해야 하지만, 국내의 경우는 관련 규범이 미비해 카테고리 2의 제품들이 많이 사용되고 있다. 카테고리의 개념은 기계 옆에 얼마나 노출이 되었는지, 사고가 났을 때 피할 수 있는지 등의 문제들을 제기하고 있다. 카테고리 2의 경우 사고시 충분히 피할 수 있으며, 다칠 경우에도 경상만 입는 정도를 말한다. 카테고리 3는 팔다리가 부러지지만 나을 수 있는 상황 정도를 말하며, 카테고리 4의 경우는 죽을 수도 있는 위험한 경우를 말한다.
필츠의 제품은 카테고리 2와 카테고리 4를 만족하고 있다. 일반적으로 안전회로에 대해 적절한 간격으로 모니터링을 할 수 있으면 안전 카테고리 2에 해당되며, 이 카테고리는 경상에 해당된다. EU가 정의하는 경상과 중상의 의미는 사고 발생 후 완전치유가 가능하면 경상, 불가능하면 중상으로 구분하고 있다. 이와 다르게 사망 사고 및 중상에 해당되는 카테고리 4는 안전 회로가 지속적으로 모니터링 되어야 하며, 두 개의 독립적인 회로와 두 개의 출력을 가지고 있어야만 한다. 최근의 경우에는 회로가 2개로 구성되어 있고, 자기 셀프 기능을 탑재하고 있는 카테고리2 제품도 있다.
이러한 라이트 커튼은 릴레이와 함께 사용되고 있다. 릴레이는 센서의 동작을 해주는 제품으로 단일 기능 릴레이의 경우 접점이 1~3개이며, 여러 개의 릴레이를 사용할 경우 PLC를 사용해야 한다. 릴레이는 라이트 커튼이나 비상 스위치의 고장시 고장 신호를 알려주는 기능을 하고 있다.
문상용 부장은 “이러한 세이프티 제품들은 큰 폭발력을 가진 아이템”이라며, “여태까지 공장을 지을 때는 세이프티에 대한 개념을 생각하지 않았으나, 앞으로는 반드시 고려해야 될 사항”이라고 설명했다.
현재 이 회사는 자동차 쪽을 타겟으로 잡고 있으며, 공작기계 업체를 대상으로 가시적 성과를 내고 있다. 또한 앞으로는 패키징 머신, 철강 등에 포커스를 맞춰 시장 확대를 구상 중이다. 한편 단품을 위주로 디바이스와 라이트 커튼 영업과 컨설팅 업무를 하고 있는 필츠코리아는 내년부터 시스템 영업을 같이 할 예정이다.
멀티 릴레이 SafeC로
안전 시스템의 효율 개선
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| CEDES의 SafeC400 |
센서의 정렬에 오류가 발생하면 센서는 보호지역 내에 간섭이 발생한 것으로 간주하여 장치 자체의 이상유무와 관계없이 기계를 가동시키지 않는다. 기존에는 일반 작업자들에게는 기계가 가동되지 않을 경우 이것이 정렬 오류로 인한 안전 회로에서의 문제였는지 또는 기계장치 자체의 문제였는지 판단하기가 어려웠으며, 정렬 오류라는 것을 인식해도 재정렬을 하기가 매우 어려웠다.
한편 CEDES의 Safe 2+ 제품은 카테고리 4에 해당되는 중요한 기능인 지속적 자기 테스트 기능과 함께 2회로 2출력 구조를 가지고 있어 경상인 경우에도 안전에 대한 만족감을 실현시킬 수 있다. 또한 카테고리 2에 해당되는 Safe200과 카테고리 4에 해당되는 Safe 400의 가로 세로 크기는 15 x 20mm이며, 현재 전 세계에 출시된 제품 중에서 가장 컴팩트한 사이즈를 가지고 있다.
또한 사이즈의 크기만큼이나 저렴한 가격에 공급되고 있어 사용자들에게 좋은 평가를 받고 있다. 초소형의 사이즈로 인해 설계자들은 공간에 대한 만족을 얻을 수 있으며, 설계의 다양성을 실현할 수 있다. 이 제품은 RJ45 플러그에 의해서만 연결되어 설치가 쉽고 간편하지만, 타사의 안전 릴레이는 사용할 수 없다. 그러나 SafeC 200과 400, SafeCIS 3와 같은 CEDES만의 안전 릴레이를 사용하면 이러한 단점을 극복할 수 있다.
기존의 안전릴레이는 비상정지용, 안전 스위치용, 라이트 커튼용 등으로 구분되어 있었으며 각각의 제품을 따로 사용해야 했다. SafeC 200과 SafeC 400은 멀티 기능을 가지고 있어 비상정지 버튼 2개, 안전 스위치, 추가적인 라이트 커튼, 뮤팅램프, 뮤팅용 셀렉터 스위치 등을 하나의 릴레이에 연결하여 사용할 수 있다.
또한 윈도우 화면으로 작성할 수 있는 프로그램으로 시스템을 구성할 수 있으며, 구서된 시스템을 안전릴레이에 다운로드 할 수 있다. 안전 릴레이의 구성을 확인하기 위한 업로드도 가능하다. 이외에도 라이트 커튼 하나만 필요할 경우에는 컴팩트한 사이즈에 비상정지 버튼용 터미널 및 뮤팅, 블랭킹 기능을 포함하고 있는 SafeCIS 3를 단독으로 사용할 수 있다.
AS-I 모니터링으로
세이프티 네트워크 실현
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| 로이체 일렉트로닉의 AS-I 구성도 |
로이체 일렉트로닉의 이교복 과장은 “라이트 커튼의 핵심은 신뢰성과 사용자의 편이성 등이 뛰어나야 되며, 제품의 고장률이 낮추는 것”이라며, “특히 생산에 지장을 주지 않는 시스템을 공급해야 한다.”고 설명했다.
현재 생산 플랜트의 주요 요소들은 생산성과 융통성을 필요로 하고 있다. 이와 같은 이유로 안전 센서는 더욱더 지능화 되고 있으며, 효과적으로 작업자를 보호하기 위해 업체들은 생산적인 세이프티 센서와 컨트롤러를 개발하고 공급하고 있다.
특히 로이체 이렉트로닉의 세이프티 모니터링 유닛인 AS-I는 세이프티 센서 제품들을 버스 시스템화 할 수 있다. 라이트 커튼이나 도어락 스위치의 경우 단독으로 움직일 수 없었으며, 릴레이와 PLC를 사용해 주어야 했다. 현재 접점이 1~2개일 경우는 릴레이를 사용하고 있으며, 접점이 많을 경우는 안전 PLC를 사용하고 있다.
사용자들은 가격에 대한 부담 때문에 안전 PLC 보다는 PLC를 쓰는 경우가 많았다. 그러나 PLC의 경우 로직과 프로그램을 별도로 짜야 되며, 연결한 PLC나 컨트롤러 자체를 인증받아야 세이프티 시스템으로 사용할 수 있었다. 또한 기존 시스템의 경우 1:1 대응을 해야한는 불편함이 있었다.
로이체 일렉트로닉의 AS-I는 아시모니터링으로 PLC->AS-I->네트워크 식으로 연결을 할 수 있으며, 설치 비용을 절감할 수 있다. 기존과의 디바이스와 가격 차이는 없으나 유지 보수가 간편하고 고장이나 제품 교체 시기를 실시간으로 파악할 수 있어 보다 편리하게 사용할 수 있다. 또한 기존의 경우 라이트 커튼이나 기타 센서를 설치할 경우 다시 셋팅해야 하는 번거로움이 있었으나, 이 제품은 디바이스만 교체하면 다시 셋팅을 할 필요가 없다.
이교복 과장은 “국내의 경우 버스 시스템은 이제 소개 단계”라며, “이 유닛은 세이프티 PLC를 사용할 필요 없이 기존의 PLC와 연동해서 쓸 수 있는 것이 장점”이라고 경쟁 우위 요소를 꼽았다.
레이저 디텍팅으로
시스템의 안전 실현
㈜대곤 코퍼레이션은 STI의 제품을 국내에 공급하고 있다. STI는 미국에서 가장 오래된 회사이며, 가장 먼저 라이트 커튼을 시작했다. 또한 미국 내에서 50%이상의 마켓 셰어를 차지하고 있는 선두업체이며, 자동차 시장을 타겟으로 포드, 제너랄 모터스, 구디어, 혼다, 타임 크라이 슬러, 보이사 등의 공정과 기계 머신 쪽에서 두각을 나타내고 있다.
STI의 라이트 커튼은 길이에 따라 다양한 제품을 구비하고 있다. 벨트에 인디케이터를 달아 설치시 셋업이 편하게 되어 있으며, 방음 방진의 기준을 위해 디자인된 하드케이스는 장비 자체에서 오는 진동으로부터 장비를 보호할 수 있다. STI의 라이트 커튼 자체는 타입 4로 설계되어 있으며, 2년전부터 국내의 요청에 의해 타입2의 투수광기를 공급하고 있다.
한편 에어리어 센서인 OS3100은 가장 최근 출시한 제품으로 에어리어 자체를 소프트웨어로 설정해서 알람존과 세이프티 존을 설정할 수 있으며, 카테고리4를 만족하고 있다. 이 제품은 레이저로 디텍팅하는 부분이 기계와 통신, NPC 기능도 겸비하고 있어 무인화 자동차의 눈 역할로 이용될 수 있다. 세이프티 적색 알람의 최대 레인지는 4M 정도이며, 알람의 경우 15M가지 디텍팅 할 수 있다.
대곤 코퍼레이션의 주황순 이사는 “안전이라는 개념은 사람 기준, 기계 기준에 다라 다양한 제품 사양을 요구한다. 미국의 경우는 사람만이 아니라 장비 디자인을 할 때에도 위험 요소가 있으면 원천적으로 막고 있다.”고 말하고, “국내의 경우는 기능을 중심으로 안전은 작업자 책임인 경우가 많다. 선진국의 경우 기계 자체도 안전에 따라 디자인되어 장비별, 머신별 규정이 있으며, 이를 어길시에는 기계에도 벌금을 물리고 있다.”며, “아직까지는 국내에서 세이프티 센서의 수요가 미비하지만, 점점 안전에 대한 개념이 중요해지고 있어 앞으로는 국내도 이러한 제품들의 사용이 늘어날 것”이라고 설명했다.
비접촉시 도어락 기능으로
효율적인 안전 솔루션 실현
터크코리아의 EZ-SCREEN은 스틱 안에 컨트롤러가 내장된 라이트 커튼으로 카테고리 4를 만족하고 있다. 이 제품은 국내의 프레스, 자동차, 중공업 쪽에 사용되며, 경공업 쪽을 위한 카테고리 2 제품도 있다. 카테고리 2 제품의 경우 컨트롤러가 내장되어 있는 것이 특징이다.
이 제품은 스틱끼리 캐스캐어링이 되어 있어 별도의 전원이 필요없이 라이트 커튼을 복수 연결하여 사용할 수 있다. 기존의 경우 스텍에 케이블이 하나씩 들어갔으나 이 제품은 스폴리키 케이블을 통해 배선을 하나로 합쳐 배선처리가 용이하고 설치가 쉽다. 트립모드와 래치모드를 통해 자동모드와 수동모드를 선택할 수도 있다. 또한 스캔코드 기능이 있어 제품이 서로 가까이에 있을 경우 발생하는 상호간섭 현상을 방지할 수 있다.
한편 터크의 PICO-GUARD는 컨트롤러, 광화이버, 스위치를 통해 비접촉식으로 도어락 기능을 대체할 수 있으며, 시스템 하나로 최대 16개까지의 도어락 기능을 사용할 수 있다. 릴레이와 PLC로 연결된 이 제품은 GMP 등 산업용 코팅기를 만드는 곳에 1년에 100대씩 들어가고 있다.
터크코리아의 이종필 대리는 “이 제품은 미국의 히트 상품으로 현재 삼성 반도체의 도어 쪽과 코팅기 쪽에 공급되고 있다.”고 말하고, “기존의 경우 각각의 문마다 도어락 스위치를 달아야 했으며, 수명도 짧았다.”며, “PICO-GUARD는 현존하는 안전 솔루션 중 최고의 유연성을 자랑하고 있다.”고 설명했다.
S마크 인증으로
세이프티 시장 공략
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| 오므론의 F3Sj ver2 |
한편 오므론의 세이프티 네트워크 컨트롤러는 안전 회로의 기술적인 구성을 하드웨어적으로 처리할 수 있다. 기존의 경우 각각의 라이트 커튼과 스위치에 대해 1:1로 대응하는 컨트롤러를 사용했으나 DeviceNet 세이프티 시스템은 디바이스 넷 통신을 기반으로 수많은 접점의 문제를 해결하고 있다. 기존의 PLC의 경우는 누구나 프로그램의 수정이 가능해서 안전용으로 사용하지 못했으나, 이 네트워크는 패스워드 설정을 통해 안전 개념을 강화시켜 안전용으로 사용할 수 있다. 특히 자동화 라인에서 효율적인 이 제품은 현재 삼성 내부에서도 사용되고 있다. 이외에도 개조 변경이 많은 자동차 라인의 디바이스 넷 세이프티를 사용하면 하드웨어적인 변경 삭제에 대해 유연하게 대처할 수 있다.
콘트론 기술영업팀의 유재형 과장은 “세이프티와 관련해서 중소 규모의 컴포넌트 개발은 거의 끝났다.”며, “앞으로 대규모의 플랜트 공략을 위해서는 네트워크를 통한 하이 퀄리티의 제품 컴포넌트가 필요할 것이며 시장 확대를 위해 안전에 대한 법적인 조치가 이루어져야 할 것”이라고 밝혔다.
Interview
생산 향상을 위해 “사람을 먼저 생각해야 한다”
국내에 세이프티 관련 제품이 많이 출시되어 있는데, 지멘스 제품의 특징은.
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| 지멘스의 세이프티 센서 제품군 |
또한 세이프티 센서는 사람과 기계의 안전을 동시에 보장하며, 시스템의 가용성도 최대한 보장한다. 시간과 금전적인 비용도 절약할 수 있다. 이 제품들은 크게 FS100 세이프티 스트립, FS200 라이트 베리어, FS400 라이트 커튼, FS600 레이져 스케너 등으로 구분할 수 있다.
FS100 세이프티 스트립은 광학적 접촉이 없이도 카테고리 4까지의 등급을 지원하며, 전외선 빔이 통과되는 10m 정도의 긴 고무관이 눌려져 빔이 차단될 경우 동작하는 유연한 충돌 센서이다. FS200 라이트 베리어는 위험지역 출입을 제한하기 위한 비접촉 보호장비로 60m나 150m까지의 원거리에서도 동작이 가능한 제품이며, FS400 라이트 커튼은 14mm, 30mm, 50mm, 90mm의 분해 능력을 갖고 있는 비접촉 세이프티 센서로서 최대 70m까지의 동작거리를 지원한다. FS600 레이져 스케너의 경우는 0.36도의 분해각도로 70mm이상의 물체를 2차원적인 평면상에서 검출할수 있는 세이프티 센서로서 카테고리 3을 지원하고 있다.
현재 국내에서 안전 규제와 관련된 움직임이 활발해지고 있는데, 지멘스의 대응은.
국내의 세이프티 규정도 점점 엄격하고 사람을 위주로 바뀌는 것을 보면 늦게나마 다행이라고 생각한다. 외국의 경우에는 가혹할 정도로 세이프티 규정이 엄격해서 프로젝트를 수행하는데 제약이 있었던 것도 사실이지만, 개인적으로는 그렇게 사람을 먼저 보호하는 규정이 부러워 보였다. 국내의 이러한 동향에 대해 지멘스는 세이프티 센서 제품에 대한 공격적인 마케팅을 펼칠 수 있는 절호의 기회라고 본다. 국내의 세이프티 센서 시장은 일본 제품이 강세를 점하고 있다. 더구나 일본 회사인 오므론은 개별 제품 위주의 방식으로 시장에 접근하고 있으나, 지멘스는 시스템 위주의 제품으로 시장을 접근하고 있어 점유율은 미미한 편이다. 하지만 유럽이나 미국의 경우에는 상당한 시장을 점유하고 있으며, 국내 시장에서도 점차 성장률이 증가하고 있다.
국내의 경우 강제된 사항은 아니지만 유럽의 규격과 비슷한 S마크 규격이 있으며, 그 사용범위가 넓고지고 있는 것으로 알고 있다. 지멘스는 유럽이나 미주 쪽의 인증은 많이 받았지만 아직 S마크 인증은 받지 못한 상태이다. 앞으로는 국내에서의 활발한 영업을 위해 S마크 인증이 필요할 것으로 생각된다. 우리의 제품은 국제규격의 인증을 받은바 있기 때문에 쉽게 인증을 받을 수 있을 것으로 생각하고 있다. 이와 함께 단기적으로는 향후 2~3년 간 올해 대비 20~30%의 성장을 목표로 잡고 있으며, 장기적으로는 국내 2위를 목표로 잡고 있다.
향후 세이프티 시장과 관련된 전망은.
세이프티 센서는 우선적으로 사람이나 기계의 손상과 손실을 방지하는 것이다. 이는 소중한 인명과 장비를 보호해주며, 시간과 비용을 절약해 주는 것으로 선택 사항이 아니라 필수적으로 장착해야 하는 장비이다. 선진국으로 진입할수록 고급 노동력의 보호와 안전에 대한 요구가 증가 하고 있는 실정이다. 수 많은 자동화 기기를 보유하고 운영하는 국내에서도 이러한 안전 장비의 요구량이 많이 증가 하고 있어 향후 지속적인 성장이 예상되고 있다.
