Safety Sensor란? 사람과 설비 보호 원리

Safety Sensor란 위험영역의 사람 접근이나 안전문 상태를 감지해 기계의 위험동작을 정지시키는 안전장치입니다. Light Curtain·Safety Scanner·Interlock Switch의 종류와 원리를 알아봅니다.

Safety Sensor란 무엇이며 왜 필요할까?

Safety Sensor는 산업용 기계와 자동화설비에서 작업자의 위험영역 접근이나 Guard의 개방 등 위험과 관련된 상태를 감지하여 안전제어시스템에 전달하는 장치입니다. 일반적인 Photoelectric Sensor나 Proximity Sensor가 제품검출과 위치확인 등 생산제어를 목적으로 한다면 Safety Sensor는 사람의 부상위험을 줄이기 위한 Safety Function의 입력장치로 사용됩니다. 예를 들어 Press, Robot Cell, Conveyor와 자동화장비의 위험구역에 사람이 진입하면 Sensor가 이를 감지하고 Safety Relay 또는 Safety PLC가 안전출력을 차단하여 Motor나 Actuator의 위험한 동작을 정지시키도록 구성할 수 있습니다. 중요한 점은 센서 하나만 설치한다고 전체 설비가 자동으로 안전해지는 것은 아니라는 것입니다. 실제 Machine Safety는 Risk Assessment를 바탕으로 Sensor, Logic Solver, Contactor·Drive 등의 Final Switching Element와 기계적인 Guard를 포함한 전체 Safety System으로 설계해야 합니다. 또한 요구되는 Performance Level이나 SIL 등 안전성능과 관련 규격을 고려하여 적합한 Safety Device를 선정해야 합니다.

Safety Light Curtain은 어떻게 사람을 감지할까?

Safety Light Curtain은 여러 개의 광축을 일정한 간격으로 배열하여 보이지 않는 광학적인 보호영역을 만드는 대표적인 비접촉 Safety Sensor입니다. 일반적으로 Transmitter와 Receiver를 서로 마주보게 설치하며 정상상태에서는 모든 Beam이 Receiver에 도달합니다. 작업자의 손이나 신체가 보호영역으로 들어와 하나 이상의 광축을 차단하면 장치가 이를 감지하고 OSSD(Output Signal Switching Device)와 같은 Safety Output의 상태를 변경합니다. Safety Relay 또는 Safety PLC는 이 신호를 감시하여 위험한 기계동작을 정지시킵니다. 일반 Area Sensor와 비슷하게 여러 광축을 사용하지만 Safety Light Curtain은 자체진단과 안전출력 등 Safety Function을 위한 구조를 갖는다는 차이가 있습니다. 제품의 Resolution은 검출할 수 있는 물체크기와 관련되며 손가락·손·신체보호용 등 목적에 따라 적절한 제품을 선택해야 합니다. 또한 기계의 정지시간을 고려하여 위험원으로부터 충분한 Safety Distance를 확보해야 하며 단순히 작업하기 편한 위치에 설치해서는 안 됩니다.

Safety Laser Scanner는 어떤 방식으로 위험영역을 감시할까?

Safety Laser Scanner는 Laser Beam을 여러 방향으로 주사하고 주변 물체에서 반사되어 돌아오는 신호를 분석하여 설정된 2차원 영역을 감시하는 Safety Sensor입니다. 사용자는 장비 주변에 Protective Field와 Warning Field 등을 설정할 수 있으며 사람이 Protective Field에 들어오면 Safety Output이 전환되어 기계의 위험동작을 정지시키도록 구성할 수 있습니다. Warning Field에서는 경고음이나 감속 같은 별도의 동작을 설정할 수 있는 시스템도 있습니다. Light Curtain이 비교적 직선적인 보호면을 형성한다면 Laser Scanner는 장비 주변의 넓고 복잡한 영역을 감시하는 데 활용하기 좋습니다. 산업용 Robot Cell, AGV와 AMR, 물류설비 등에서 많이 사용되는 이유입니다. 다만 반사율과 오염, 설치높이, 주변 구조물, Scanner의 Detection Capability 등을 고려해야 하며 Safety Field를 임의로 축소하면 안 됩니다. AGV와 AMR에서는 차량속도에 따라 보호영역을 변경하는 방식도 활용되지만 이러한 기능 역시 인증된 안전제어구조와 제조사의 조건에 맞게 구성해야 합니다.

Safety Interlock Sensor는 안전문을 어떻게 감시할까?

위험한 기계주변에 설치된 Guard Door가 열렸는지를 확인하기 위해 Safety Interlock Switch 또는 Safety Door Sensor가 사용됩니다. 기계식 Safety Switch는 Door에 설치된 Actuator가 Switch 내부에 삽입되거나 빠지는 상태를 감지하며 비접촉식 제품은 Coded Magnetic 또는 RFID 등의 기술을 이용해 Door의 닫힘상태를 확인할 수 있습니다. 안전문이 열리면 Safety Relay나 Safety PLC가 해당 상태를 감지하여 위험한 Motion을 정지시키는 방식입니다. 일부 설비에서는 기계가 즉시 정지할 수 없거나 정지까지 시간이 필요한 경우 Guard Locking 기능이 있는 Interlock Device를 사용하여 위험상태가 사라질 때까지 Door가 열리지 않도록 구성합니다. 일반 Limit Switch를 Safety Door 감시에 사용하는 것과 Safety-rated Interlock Device를 사용하는 것은 동일하지 않습니다. Safety Sensor는 Contact 구조, Fault Detection, Coding Level과 전체 Safety Architecture 등을 고려해야 하며 필요에 따라 Series Connection에서 발생할 수 있는 Fault Masking 가능성도 검토해야 합니다.

Safety Sensor를 적용할 때 무엇을 확인해야 할까?

Safety Sensor를 선정하기 전에는 먼저 기계에서 어떤 Hazard가 존재하고 작업자가 어느 방향으로 접근할 수 있는지 Risk Assessment를 수행해야 합니다. 이후 필요한 Safety Function과 Performance Level 또는 SIL을 결정하고 이에 적합한 Light Curtain, Laser Scanner, Interlock Switch 등의 장치를 선택합니다. 비접촉식 보호장치는 기계가 정지하기 전에 작업자가 위험원에 도달하지 않도록 Stop Time과 Approach Speed를 고려하여 Safety Distance를 산정해야 합니다. 또한 Safety Output을 일반 PLC Input에 연결해 단순 Software Logic만으로 처리하는 것이 항상 충분한 것은 아닙니다. 요구되는 안전성능에 따라 Safety Relay나 Safety PLC, 안전입력·출력과 적절한 Final Element를 포함한 구조가 필요합니다. 설치 후에는 Sensor 검출영역과 Wiring, Reset Logic, EDM(External Device Monitoring), Bypass 가능성 등을 확인하고 정기적으로 기능시험을 수행해야 합니다. 결국 Safety Sensor는 사람의 접근과 안전장치 상태를 신뢰성 있게 검출하여 위험에너지를 제어하는 Machine Safety System의 핵심 입력장치입니다.