안전 성능 향상 위한 통합 안전의 역할
  • 월간 FA저널
  • 승인 2010.08.18 17:58
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오늘날 플랜트에서 작업자 안전은 신기술과 변화하는 표준, 그리고 통합자동화 개념을 수용해 한 단계 더 발전하려는 상태에 있다. 그로 인한 결과는 효율성과 유연성 향상에서부터 비용 절감과 운전자 실수 감소 등 셀 수 없는 이점으로 나타난다.


최근에 소프트웨어 기반 안전 시스템을 자동화에 적용할 수 있기 때문에, 다양한 제조업체들은 이제 독립형 전용 장비에만 의존하던 제약으로부터 벗어날 수 있게 됐다. 이제는 솔루션을 통합함으로써 안전 기능, 자동화 및 제어 작업을 동일한 시스템에서 실행할 수 있으므로, 배선 비용과 예비 부품 재고를 줄이면서 공통된 엔지니어링 도구, 기술, 절차를 적용할 수 있다. 통합 안전은 여러 이유로 인해 느리게 발전해왔지만, 지금까지 제조 안전 시스템을 정의해왔던 하드웨어 장비 기반 방식을 버리고 통합 접근 방식을 수용해야 하는 강력한 근거가 있다.


기계 안전 시스템 역사

통합 안전의 이점은 먼저 역사적 관점에서 기계 안전 시스템을 바라봄으로써 쉽게 이해할 수 있다. 100년 전만 해도 기계 안전 제어는 존재하지 않았다. 따라서 생산 현장에서 사고 및 상해는 흔한 일이었다. 제조업체들은 사고를 줄이기 위한 시도로 기본 배선 방법 및 컴포넌트(예 : 리밋 스위치, 릴레이, 푸시 버튼)를 적용해 초기의 기계 안전 시스템을 구축하기 시작했다.


1970년대에는 안전시스템의 비약적인 발전으로 인해, 안전 용도를 위해 장치들을 서로 연결시키는 방법을 사용하기 시작했다. 이 방법에서 안전은 안전 스위치, 도어 인터록, 라이트 커튼, 안전 매트와 같은 독립형 전용 기계 시스템을 통해 보장됐다. 비상 정지 장치, 인터록 등의 장치는 제어 캐비닛 및 안전 릴레이에 연결됐으며, 고장이 발생하면 릴레이는 전원을 차단하고 기계를 정지시켰다. 그 후 더 정교한 제품이 개발되기 시작했으며, 파라미터를 설정할 수 있고 구성 가능한 릴레이 및 독립형 컨트롤러 등이 나왔다. 그러나 더 크고 정교한 기계들이 개발됨에 따라 안전 프로세스도 복잡해지고, 대형화하며, 비싸졌다.


그러다가 2000년대 초반에 마이크로프로세서 기술의 발전에 따라 안전 솔루션은 PLC와 안전 네트워크를 무리 없이 사용할 수 있는 수준에 도달했다. 산업 표준의 최근 변화와 함께 이 방식은 서로 연결된 컴포넌트 대신에 소프트웨어 플랫폼에 기초한 통합 안전 시스템의 도입을 이끌었다.


이러한 변화에 중요한 역할을 한 사건은 2002년에 미국소방협회(National Fire Protection Association)가 자신들의 산업 기계 전기 표준(NFPA 79)을 유럽 표준(IEC-60204)과 맞도록 개정한 것이었다. 이렇게 만들어진 새 표준에서는 안전 용도를 위해 ‘펌웨어 및 소프트웨어 기반 시스템’의 사용을 허용했으며, 전기기계(안전) 릴레이에 센서와 액추에이터를 직접 연결할 것을 요구하던 기존의 제한 사항도 폐지했다. 또한 안전 인증 네트워크에 비상 정지 장치(E-stop)를 부착하는 것도 허용했다.




새 접근법 통한 장점 활용

안전 및 자동화를 위한 단일 시스템 플랫폼은 신기술로 인해 태동하고 산업 표준에 의해 허가돼, 오늘날에는 실현 가능할 뿐만 아니라 바람직한 것이 됐다. 그로 인해 릴레이, 구성 가능한 릴레이, 독립형 안전 PLC로부터 보다 효율적이고, 유연하며, 경제적인 통합 안전 시스템으로 천천히 발전해가는 결과를 낳게 됐다. 그림 1에서 보듯이 제품 가격과 애플리케이션의 복잡성이 증가할수록 독립형 시스템(4분면의 좌측 하단)에서 통합 안전 컨트롤러, 분산 시스템, PC 기반 시스템(4분면의 우측 상단)으로 이동한다. 이와 같이 통합 시스템의 이점은 명백하다. 다음 사항들을 고려해 보자.


- 자동화 및 제어 기능과 함께 재래식 안전 시스템을 설치하려면 필요한 엔지니어링 노력이 그만큼 증가한다.

- 배선 회로를 통해 2개의 개별 시스템을 연결하려면 배선, 인력, 설계, 유지보수 비용 및 전체 시스템의 복잡성이 증가한다.

- 안전장치를 서로 연결하고 모니터링하는 맞춤형 엔지니어링 방식을 사용하면, 진단 방법의 부재로 인해 다운타임이 증가하고, 연결된 릴레이는 제한된 정보만을 전달한다.

- 독립형 안전 PLC 및 자동화 컨트롤러의 구입에는 대개 서로 다른 공급업체와의 협력을 필요로 하고, 프로그래밍 도구, 유지보수 기술, 훈련 요구사항이 다른 두 플랫폼을 유지하는 데 필요한 시간, 노력, 재고가 늘어난다.


다른 작업에 안전 기능을 통합하는 것이 작업자의 안전을 위협한다는 걱정은 더 이상 하지 않아도 된다. 최근 출시되는 CPU들은 빠르고 강력해 필요한 모든 안전 진단을 손쉽게 처리할 수 있다. 향상된 이더넷 네트워크와 함께 최고급 프로세서를 탑재한 컨트롤러를 사용함으로써 안전이 저하될 수 있다는 대부분의 논란을 말끔하게 해소했다.


마지막으로 이중화 문제가 남는다. 통합 시스템은 모든 비상 정지 장치를 검사하고 진단을 수행할 수 있도록 돼있다. 모든 안전 입력 신호에는 해당 안전장치가 기계적으로 작동 중임을 보장하기 위해 감시하는 출력 신호가 있다. I/O 카드에서 문제를 감지하면 전원이 차단된다. 마찬가지로 통신 레벨에서 올바른 데이터를 적시에 수신하지 않으면 컨트롤러는 안전 모드로 전환된다. 이런 많은 장점 때문에 통합 접근법의 사용은 기술적으로 고려할만한 충분한 가치가 있다.


TCO 손익 검사

이 통합 접근법은 경제적으로도 합리적이다. 통합 안전 방식은 손익에 긍정적인 영향을 준다. 총소요비용(TCO : Total Cost of Ownership)을 살펴보면 이유가 밝혀진다. 투자를 평가할 때 많은 제조업체는 비 하드웨어 지출을 고려하지 않고 제품 비용에만 기초해 결정을 내린다. 그러나 두 개별 시스템을 설치하고 유지하는 데 드는 상당한 추가 비용을 간과해서는 안 된다. 그림 2의 두 그래프는 제품 비용 대 기능과 소요비용을 시각적으로 보여준다.




통합 접근법, 예를 들면 통합 제어 기술 등에 대해 불편하게 느끼는 기업의 경우, Siemens Energy and Automation과 같은 주요 자동화 공급업체들이 독립형 및 통합형 방식을 모두 포용하는 제품들을 제공하고 있다. 동일한 하드웨어 플랫폼으로 안전 기능을 수행하면서 동시에 표준 PLC로 진단 데이터를 전송할 수 있다. 이런 시스템은 동일한 프로그램, 개방형 통신 이더넷, 그리고 동일한 공급업체가 제공하는 동일한 하드웨어와 엔지니어링을 사용하는 경제적 이점이 있다.


지멘스의 안전 비즈니스 부서 부장인 Michel Jabbour는 “아직도 많은 기업이 이런 세이프티 기능을 구현하기 위해 서로 다른 공급업체로부터 2가지 서로 다른 컨트롤러(일반용과 세이프티용)를 구매한다”며, “기업이 일반 기계 제어용 PLC와 안전 PLC를 별개로 둬야 한다고 느낀다면, 지멘스는 하드웨어 플랫폼 1개, 엔지니어링 도구 1개, 인증된 안전 버스 1개를 통해 애플리케이션을 간소화할 수 있는 PLC 플랫폼을 제공함으로써 통합 안전의 구현으로 많은 이점을 제공하고 있다”고 설명한다.


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