안전 센서 기술 동향 및 적용 사례

센서 기술과 스마트 팩토리

최근 제조업 경기가 급격히 악화되면서 Industry 4.0이 주목받게 되었는데, Industry 4.0의 궁극적인 목표는 생산 공정, 물류, 서비스를 통합 관리하는 스마트 팩토리의 구축과 연관되어 있다. 스마트 팩토리의 핵심 사항은 자동화로, 이를 위해서는 제어 기능을 분산시키고 쉽게 관리할 수 있는 솔루션이 필요하다.

또한 스마트 팩토리의 생산 유연성을 높일 수 있는 방법으로 전체 플랜트가 여러 개의 자립형 기계 모듈로 구성되는 모듈식 플랜트 구조가 대두되기 시작했는데, 이 구조는 생산 공정 변경과 생산성 증가에 모듈 교체 및 추가를 통해 유연하게 대처할 수 있다.

이 같은 솔루션으로 인해 모듈화 및 분산 제어 시스템을 위한 ICT와 센서 기술 발전이 이뤄져 모듈화 및 분산 제어 시스템을 통한 생산 공정 최적화, 생산 유연성과 고성능을 보장하는 스마트 팩토리 구현이 가능해졌다.

필츠의 안전 센서

다양하게 구성되어 있는 필츠의 안전 센서는 국제 표준을 준수하며, 다수의 인증 기관이 실시한 테스트를 통과했다. 이와 같은 센서의 종류에는 가딩 장치를 비롯해 위치 모니터링이 가능한 안전 스위치, 표면 및 공간을 모니터링하는 광학 센서(라이트 커튼, 카메라 시스템)가 있다.

안전 센서 중에서도 산업 현장에서 주로 활용되는 제품은 안전 게이트 시스템의 안전 스위치 센서다. 필츠의 안전 스위치 제품은 EN ISO 14119 등의 요구사항에 부합하며, 여러 가지로 통합 가능한 추가 기능을 지니고 있어 제품의 경제성이 높다고 할 수 있다. 안전 스위치는 접촉식과 비접촉식으로 분류되는데, 접촉식에는 기계식 유형이, 비접촉식에는 마그네틱 방식을 이용한 무접점 마그네틱 유형과 무접점 코드식 유형이 있다.

이 중 기계식 안전 스위치는 가드를 무효화하거나 부정 조작을 방지하기 위한 요구사항이 없는 단순한 안전 게이트용으로 적합하며, 코드식 유형은 가드 무효화와 부정 조작을 원천적으로 막을 수 있도록 설계되었을 뿐만 아니라 스위치 하나로 PL(Perfomance Level), SIL(System Integrity Level) 3등급을 충족할 수 있다.

마그네틱 방식을 이용한 비접촉식 안전 센서는 근접 센서 방식이 적용된 제품으로, 필츠는 액추에이터와 한 쌍을 이루어 동작하는 PSENmag라는 마그네틱 방식의 안전 센서를 보유하고 있다.

PSENmag는 직렬로 연결해 사용하기에 적합한 솔루션으로, 자기장 원리를 통한 동작을 수행하며, 3~8mm의 스위칭 거리를 갖추고 있다. 필츠의 또 다른 대표적 제품에는 PSEN cs Series가 있는데, PSEN cs Series 중 PSEN cs 1.13p는 SDD(Safety Device Diagnostics)를 통한 센서와의 네트워크가 가능해 직렬로 연결된 장치의 정보 및 이벤트를 모니터링할 수 있다.

사용자는 SDD로 수집한 장치 정보 및 이벤트를 Ethernet 기반 필드버스 통신 인터페이스를 통해 상위 컨트롤러로 전송함으로써 모니터링 시스템을 구축할 수 있다.

적용 사례

광학 센서 중 하나인 라이트 커튼은 적외선 빔으로 보호 구역을 형성하며, 적외선이 간섭에 의해 차단될 시 안전 정지 절차를 수행해 작업자와 제품을 안전하고 효율적으로 보호한다. 한편, 사용자는 EN IEC 61496-1/-2에 따라 필츠의 라이트 커튼을 Type 2 또는 Type 4로 선택할 수 있는데, 이 중 Type 4 적용 시 EN ISO 13849-1의 PL e 및 EN IEC 62061의 SIL 3까지 충족할 수 있다.

이 같은 라이트 커튼은 자가 진단 기능을 갖추고 있어 에러 및 간섭 발생 시 OSSD(Output Signal Switching Device) 출력을 차단하는데, 이로 인해 많은 산업 현장에서 라이트 커튼을 펜스 대신 적용해 활용하고 있다.

광학 센서 중 시각 기반 센서 기술을 지니고 있는 카메라 시스템인 SafetyEYE는 위험 지역 전체를 모니터하는 안전 카메라로, 잠재적 위험 요소 지역까지 모니터링해 사람과 기계의 안전을 보호한다. 이외에도 SafetyEYE는 일반 안전 센서가 식별할 수 없는 취약한 영역의 안전까지 보호하는데, 사용자는 3가지로 설정된 SafetyEYE의 모니터링 영역을 다양하게 구성할 수 있다.

또한 사용자는 SafetyEYE를 활용할 때 특별한 기술 없이도 SafetyEYE의 소프트웨어인 SafetyEYE Configurator를 통해 PC로 Warning Zone과 Detect Zone을 설정할 수 있다. 기본적으로 SafetyEYE는 78°의 카메라 앵글 각도와 7.5m의 최대 검출 거리를 갖추고 있으며, 최대 72㎡까지 검출할 수 있는데, 실내의 제한된 공간에서만 활용 가능하므로 최소 300Lux 이상의 조도를 확보해야만 한다.

이 같은 SafetyEYE는 HRC(Human-Robot Collaboration) 작업 환경의 기존 안전 게이트 시스템을 대체하는 솔루션으로 각광받고 있어 현재 국내 HRC 작업 환경에서도 SafetyEYE를 적용해 활용하고 있는 중인데, 이는 앞으로 SafetyEYE에 대한 시장 수요가 증가할 것이라는 예측을 뒷받침하는 하나의 요소이다.

한편, 안전 센서는 스마트 팩토리 구현을 목표로 삼고 있는 Industry 4.0을 실현하기 위해 계속해서 발전해 왔고 앞으로도 발전해 나갈 것이다. 필츠는 이 과정 속에서 모든 센서의 정보 및 이벤트를 상위에서 모니터링해 통합 모니터링 시스템을 구축하고 유연한 생산 관리가 이뤄질 수 있도록 지원하는 솔루션을 소비자에게 제공하겠다는 목표를 가지고 있다.

이를 위해 필츠는 단순히 기능적인 측면만이 아니라 주기적인 상태 확인을 통해 유지보수의 효율성을 증대시키고, 생산 손실을 최소화하는 데에 도움이 되는 센서 기술 혁신에 매진하고 있다.

자료 제공: 필츠 코리아