통합 안전기능 모듈이 내장된 드라이브

인간과 기계의 협업이 필수가 된 지금, 안전기능은 반드시 고려되어야 한다. ABB는 기존의 안전 시스템을 대체하는 통합 안전기능을 드라이브에 내장하여 고객의 시간과 비용을 절감할 수 있는 방법을 제안한다.

프레드도나바우어(Fred Donabauer): ABB Automation Products GmbH LV 드라이브 제품 관리 매니저

핵심 내용

  • 자동화 시스템에 수많은 보조 장치나 별도의 안전 제어 시스템을 대체할 수 있는 안전 기능을 드라이브에 통합했다.
  • 드라이브 자체에 내장된 안전기능으로 불필요한 엔지니어링에 소비되는 비용과 시간을 절약할 수 있다.
  • ABB Industrial Drives ACS880시리즈는 KC를 포함한 여러 인증을 받은 안전 기능을 갖추고 있어, 1 kW에서 5.6MW까지 인코더 없이 SIL3/PLe 안전 기능을 사용할 수 있다.

공장의 여러 장비 사용 시에는 안전이 최우선 되어야 한다. 장비의 기능 안전의 목적은 사고를 미연에 방지하고 사람과 재산 그리고 환경을 보호하는 것이다. 장비 공급자, 기계 제조사, SI 업체 모두 안전에 관한 국내외 법률과 기준에 따라 자신들의 제공하는 제품, 기계, 시스템에 대해 책임을 가진다. 몇 년 전만 해도 자동화 시스템의 안전을 위해 여러 외부 보조 장치와 안전 제어 시스템이 필요하였다. 산업 자동화의 모듈성과 복잡성이 증가하면서 드라이브에 기반한 기능 안전이 기계 및 산업 프로세스의 전체 안전 개념에 중요한 부분이 되었다. 오늘날 많은 현대식 드라이브가 전자 기기화되는 것과 더불어 산업의 자동화 수준이 높아지면서, 드라이브 시스템이 전체적인 안전에 크게 기여하고 있다.

드라이브에 내장된 안전기능

강화된 규제와 기준을 만족하는 신규 개발 안전기능을 드라이브에 탑재하여 통합 안전성을 제공한다. 드라이브에 기반한 통합된 기능 안전으로 기계 내에서 드라이브를 통해 안전 기능이 구현된다. 그로 인해 안전 모니터링 장치, 추가적인 안전 컨트롤러, 배선 및 로터리 인코더 피드백 등과 같은 분산 배선되는 외부 안전장치들이 대부분 필요 없게 되었다.

안전이 통합된 드라이브의 중요한 장점은 다음과 같다.

엔지니어링 비용 절감

사전 프로그래밍된 안전 기능으로 간단하게 작동 개시

조립 어려움이 감소하면 비용도 줄어든다. 지정된 안전 무결성 수준(Safety Integrity Level, SIL) 또는 성능 수준(Performance Level, PL)을 달성하기 위해 필요한 구성 요소가 덜 필요하기 때문이다. 예를 들어 이 인버터는 안전 단계 SIL3/PLe에 따른 안전 토크 차단을 제공하여, 많은 사례에서 주전원 접촉기를 사용하지 않아도 된다. 또 다른 부가가치는 종래의 전자 기계적 안전장치에 비해 마모 부품으로 인한 고장이 없다는 점이다. 

제품 표준 EN/IEC61800-5-2 “변속 구동 시스템(power drive system) – 파트 5-2: 안전 요건 – 기능 안전”은 드라이브 기반 기능 안전에 초점을 두어 STO(안전 토크 차단), SS1(안전 정지 1) 및 SLS(안전 제한 속도)를 정의한다. ABB Industrial DrivesACS880은 EN/IEC 61800-5-2에 따른 인증된 많은 안전 기능을 갖추었으며, 이러한 안전 기능은 표준 사양에 속하거나 옵션으로 추가할 수 있다. ABB는 1kW 미만에서 최대 5.6MW의 출력에 맞는 엔코더리스 SIL3/PLe 안전 기능을 제공한다. 모든 장치들은 공통의 전체 호환 가능 플랫폼(all-compatible-platform)을 기반으로 조작이 훨씬 단순화되었다.

STO는 드라이브 기능 안전의 기본이다

안전 토크 차단(STO)는 드라이브 기반 통합 기능 안전의 기초를 형성한다. 이 전자식 안전 기능은 토크 프리 상태에서 드라이브를 안전한 상태로 안내하고 EN 1037/ISO 14118에 따른 ‘예상치 못한 시동 저지’ 기능을 위해 그리고 EN/IEC 60204-1에 따른 카테고리 비상 정지를 위해 사용한다. 이 기능은 컨택터와 같은 종래의 전자 기계식 조치에 대한 대안으로 이용할 수 있다. STO는 전체 호환 가능 플랫폼을 기반으로 하는 인버터 시리즈에서 표준 사양이다. STO는 옵션 모듈을 이용하여 추가의 안전 기능을 간단하게 확장할 수 있다.

ABB LV 드라이브는 전체 호환가능 플랫폼을 기반으로 하며, 표준 사양으로 ‘STO(안전 토크 차단)’ 기능을 갖추고 있다.

하나의 모듈에 더 많은 안전 기능을 갖추다

또 다른 통합 안전 기능이 필요한 경우, TÜV 승인된 엔코더리스 안전 기능 모듈 FSO-12 옵션을 통해 구현할 수 있다. 콤팩트한 이 모듈은 인버터와 상호 작용하고, 최대 SIL3/PL e의 시스템에서 엔코더 피드백 없이 사용할 수 있다. 콤팩트한 플러그 모듈에 다음과 같은 여러 개의 안전 기능을 결합하였다.

안전 정지 1(SS1),

•비상시 안전 정지(SSE),

안전 브레이크 제어(SBC),

안전 제한 속도(SLS),

안전 최대 속도(SMS) 및

예상치 못한 시동 저지(POUS).

추가로 안전 기능에 SDI(안전 회전 방향)과 SSM(안전 속도 모니터링)이 필요한 경우, ABB의 제품 라인에 안전 기능 모듈 FSO-21이 있다. 이 안전 엔코더 피드백 옵션을 위해 안전 인크리멘탈엔코더– 인터페이스 모듈 FSE-31을 사용한다.

안전 기능 모듈 FSO-12는 전체 호환 가능 플랫폼의 모든 인버터를 위한 공통 PC 툴인 커미셔닝 툴 Drive Composer pro를 이용하여 간단하게 작동을 개시하고 구성한다. 사용자는 인버터에서 FSO-12를 이용하여 완성된 기능을 얻을 수 있다. FSO-12는 프로그래밍할 필요가 없고, 이 모듈이 안전장치에 연결하는 방법을 알 필요도 없다. 기계 제조사, 설계자 또는 기계 사용자들은 배선을 수월하고, 비용이 절감되며, 공간을 덜 차지하고 유연성이 높은 안전 디자인이 가능하며, 추후에 매개변수 설정을 통해 변경도 가능하다.

많은 드라이브들을 프로피 넷을 통한 프로피 세이프 통신으로 ABB의 AC500-S와 같은 안전 PLC와 연결할 수 있다. 이 솔루션으로 드라이브를 프로피 넷을 통해 안전하게 제어할 수 있고, 배선 비용을 낮춰 안전 시스템의 계획과 구성을 단순화한다. 하드웨어 배선은 옵션으로 가능하지만 많은 사례에서 필요하지 않다. 안전 PLC는 네트워크 내에 있는 여러 드라이브를 안전하게 제어하고 모니터링하는 반면, 드라이브 관련 안전 기능은 직접 인버터에서 구현된다.

디자인 툴로 설계자들의 작업이 수월해진다

기계 규칙은 기계 제조사들에게 리스크를 관리하고 기록할 것을 요청한다. 안전 디자이너는 해당 기계의 어느 부분에 안전 조치가 필요한지 확인하기 위해 위험성을 분석하고 기계에 필요한 안전 기능과 적합한 안전 단계가 도출된다. 하지만 ABB 인버터의 안전 기능과 같은 인증된 안전 요소를 사용하면 시스템의 디자인과 밸리데이션이 훨씬 간단하다.

ABB가 개발한 디자인 툴 FSDT-01은 일목요연한 그래픽 인터페이스 덕분에 설계자의 디자인 및 안전 시스템 계산 작업이 용이하다. 안전 구성 요소는 안전 데이터와 함께 라이브러리에 저장되고, 간단하게 선택 가능하며, 안전 기능에 맞게 연결할 수 있다. 또한 라이브러리에 맞는 VDMA 포맷이 지원되어, 이 포맷에 따라 표준화된 다른 라이브러리를 툴로 읽어올 수 있다. 이 툴은 SIL(안전 무결성 수준) 또는 PL(성능 수준)을 계산하고, 사용자는 안전 시스템 설계가 요건을 충족하는지 확인할 수 있다. 보다 큰 프로젝트는 알아보기 쉽게 하위 안전 구역으로 나뉜다. 따라서 이 툴은 기계 안전 표준 EN/IEC 62061과 EN ISO13849-1에 따른 설계, 검증 및 기록으로 이루어지는 전체 프로세스를 단순화하고 가속화한다.