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PNOZ

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목차

1. 개요

PNOZ는 독일 자동화 제조업체 필츠(Pilz)가 개발한 안전 릴레이의 제품명으로, 안전 기능을 수행하는 장치이다. 초기 제어 기술에서 릴레이와 접촉기가 사용되었으나 오작동 시 보호 기능이 무력화되는 문제점을 해결하기 위해 개발되었다. PNOZ는 위험 상황 발생 시 기계나 시스템을 안전하게 모니터링하고, 비상 정지 스위치, 안전 게이트, 광선 장치 등 다양한 안전 기능을 제공한다. 안전 릴레이는 장치 자체의 고장이나 외부 요인으로 인한 고장 발생 시에도 안전 기능이 유지되도록 설계되며, 전통적인 접점 기반 릴레이 기술, 전자식 평가 및 무 전압 출력, 반도체 출력 등 다양한 설계 기술이 적용된다.

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2. 역사

제어 기술 초기에는 기능이 핵심이었으며, 제어 유닛 공정의 매핑이 초점이었다. 시스템과 기계를 제어하기 위해 릴레이와 접촉기가 사용되었다. 작업자를 보호하기 위한 정지 메커니즘이나 장치를 장착한 경우, 필요시 공급 전원으로부터 액추에이터를 격리시켰다. 그러나 이러한 형식의 시스템은 장비 고장 시 오버라이드되어 보호 기능이 무력화될 수 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 3-접촉기 조합과 같은 특수 릴레이 회로가 고안되었다.[21][22]

2. 1. 필츠(Pilz)의 PNOZ 개발

제어 기술 초기에는 릴레이와 접촉기가 플랜트와 기계 제어에 사용되었다. 위험한 상황이 발생하면 액추에이터는 단순히 에너지 공급에서 격리되었다. 이러한 유형의 보호 시스템은 오작동이 발생할 경우 작동하여 보호 기능이 무효화될 수 있었다. 3개의 접촉기 조합과 같은 특별한 릴레이 회로는 이를 어떻게 회피할 수 있는지 고심한 최초의 설계였다. 이러한 장치의 조합을 통해 독일 자동화 제조업체인 필츠(Pilz GmbH & Co. KG)의 최초 안전 릴레이인 PNOZ가 개발되었다. '''PNOZ'''는 필츠(Pilz GmbH & Co. KG)사의 등록 상표로 안전 릴레이의 제품명이다. 1987년에 필츠(Pilz GmbH & Co. KG)사는 처음으로 비상 정지 릴레이 특허(특허 번호 4033801)를 획득했다.[11][12][13][14][21][22]

3. 설명

안전 릴레이는 위험 상황 발생 시 기존 위험을 허용 가능한 수준으로 감소시키는 장치이다.[23] 비상 정지 푸시 버튼, 안전 게이트, 광선 장치 등 다양한 안전 기능을 감시하며, 다른 안전 릴레이와 연결하여 기계나 설비 전체를 감시할 수 있다.[1] 안전 릴레이는 EN 60947-5-1, EN 60204-1 및 VDE 0113-1의 요구 사항을 충족한다.[5]

3. 1. 안전 기능의 종류

안전 릴레이는 다음과 같은 안전 기능을 수행한다.[23]

  • 비상 정지 푸시 버튼
  • 안전 게이트
  • 광선 장치
  • 감압 매트
  • 양수 조작 제어
  • 시간 지연


안전 릴레이는 특정 기능을 감시하며, 다른 안전 릴레이와 연결될 경우 기계나 설비 전체를 완벽하게 감시할 수 있다.[1] 이들은 EN 60947-5-1, EN 60204-1 및 VDE 0113-1의 요구 사항을 충족한다.[5] 시간 지연 안전 릴레이[6]는 출력을 활성화하거나 비활성화하기 전에 제어된 작동 순서를 허용하며, 이는 즉각적인 종료가 손상 또는 추가적인 위험을 초래할 수 있는 경우에 유용하다. 저전압 릴레이는 저전압 상태를 감지하여 민감한 시스템을 보호하며, 이는 전원 공급 장치가 변동하는 환경에서 원활한 작동을 보장하는 데 필수적이다.[7]

4. 설계 및 기능

안전 릴레이는 설계 기술에 따라 전통적인 접점 기반 릴레이 기술, 전자식 평가 및 접점 기반 무전압 출력을 사용하는 방식, 반도체 출력을 가진 완전 전자 장치로 나뉜다.[24] 이러한 설계는 배선이 올바르게 되었을 때, 내부 고장이나 센서, 액추에이터와 같은 외부 원인으로 인한 고장이 발생해도 안전 기능이 영향을 받지 않도록 보장한다.[24]

일반적인 릴레이는 부하를 켜고 끌 때 전선 코일과 금속 접점의 기계적인 동작을 사용한다. 반복적인 동작으로 인해 금속 접점이 녹아서 닫힐 수 있는데, 이 경우 비상 정지 스위치를 눌러도 기계가 멈추지 않아 운전자에게 위험을 초래할 수 있다. 따라서 여러 국가에서는 단순 릴레이나 접촉기를 위험한 기계에 사용하는 것을 금지하고 있다.[9]

제1세대 안전 릴레이는 전통적인 3-접점 조합 릴레이 기술을 기반으로 하며, 이중화 설계를 통해 배선 오류가 안전 기능 손실로 이어지지 않도록 한다.

4. 1. 설계 기술에 따른 분류

안전 릴레이는 설계 기술에 따라 다음과 같이 분류된다.[24]

  • 고전적인 접점 기반 릴레이 기술: 강제 가이드 접점 릴레이를 사용한다.
  • 전자 평가 및 접점 기반 무전압 출력: 전자식 평가를 사용하지만 출력은 접점 기반이다.
  • 반도체 출력을 갖춘 완전 전자 장치: 반도체 출력을 사용하여 더 높은 수준의 안전성을 제공한다.


안전 릴레이는 배선이 올바르게 된 경우, 장치 자체의 고장이나 센서, 액추에이터 등의 외부 요인으로 인한 고장 발생 시에도 안전 기능이 유지되도록 설계된다.[8]

일반적인 릴레이는 전선 코일과 금속 접점의 기계적 움직임을 사용하여 부하를 켜고 끈다. 반복적인 작동을 하다보면 금속 접점이 용접될 수 있다. 이러한 경우 작업자가 비상 정지 푸시버튼을 눌러도 기계는 계속 작동한다. 이는 작업자에게 위험할 수 있다. 따라서 많은 유럽, 미국, 국가 및 국제 규범 및 안전 표준은 위험한 기계에서 단순한 릴레이 또는 접촉기의 사용을 금지한다.[9]

1세대 안전 릴레이의 전형적인 설계는 고전적인 3접촉기 조합을 기반으로 한다. 이중화 설계는 배선 오류로 인해 안전 기능이 손실되지 않도록 보장한다. 포지티브 가이드 접점이 있는 두 개의 릴레이 (K1, K2)는 안전 스위칭 접점을 제공한다. 두 개의 입력 회로 CH1과 CH2는 각각 두 개의 내부 릴레이 중 하나를 활성화한다. 회로는 시작 릴레이 K3을 통해 활성화된다. Y1과 Y2 (피드백 루프) 사이에는 또 다른 모니터링 회로가 있는데, 이 연결은 안전 접점을 통해 활성화되거나 차단되는 액추에이터의 위치를 확인하고 모니터링하는 데 사용된다. 이 장치는 입력 회로의 모든 고장, 예를 들어 비상 정지/비상 정지 푸시버튼 또는 출력 릴레이의 안전 접점 중 하나에 대한 접점 용접을 감지하도록 설계되었다. 안전 장치는 장치가 다시 켜지는 것을 막고, 이에 따라 릴레이 K1 및 K2의 활성화를 중지한다.[1]

4. 2. 제1세대 안전 릴레이의 구조 (3-접촉기 조합)

제1세대 안전 릴레이는 전통적인 릴레이 기술인 3-접촉기 조합에 기반을 두고 있다. 이중화 설계 덕분에 배선 오류가 발생해도 안전 기능이 상실되지 않는다. 포지티브 안내 접점을 가진 2개의 릴레이(K1, K2)는 안전한 접점 전환을 제공한다. 2개의 내부 회로(CH1, CH2)는 각각 2개의 릴레이 중 하나를 작동시킨다. 시작 릴레이 K3를 통해 회로가 작동된다. 피드백 루프(Y1, Y2)는 액추에이터의 위치를 점검하고 감시하는 데 사용된다. 이 장치는 입력 회로의 모든 고장(예: 비상 정지 버튼 접점 용접, 출력 릴레이 안전 접점 용접)을 감지하여 장치가 다시 켜지는 것을 방지하고, 릴레이 K1, K2의 작동을 중단시킨다.[25]

일반 릴레이는 반복적인 작동으로 인해 금속 접점이 용접될 수 있으며, 이 경우 비상 정지 버튼을 눌러도 기계가 멈추지 않아 작업자에게 위험을 초래할 수 있다. 따라서 많은 국가에서 위험한 기계에 단순 릴레이나 접촉기 사용을 금지하고 있다.[9]

참조

[1] 간행물 Safety Compendium, Chapter 4 Safe control technology, p. 115 http://www.pilz.com/[...]
[2] 웹사이트 Dokument DE4033801C1 | Patent specification Emergency stop relay http://www.patent-de[...] patent-de.com 2016-11-30
[3] 서적 Practical Machinery Safety Newnes 2004-07-16
[4] 웹사이트 Safety relays PNOZ - Pilz INT https://www.pilz.com[...] pilz.com 2016-11-30
[5] 서적 Practical Machinery Safety Newnes 2004-07-16
[6] 웹사이트 Safety Relays: The Unsung Heroes of Industrial Safety - Venus Automation https://venusautomat[...] Venus Automation 2024-10-14
[7] 웹사이트 AUTOMATION GOLD. ITS DOLD: Safety Relays and Controllers - Venus Automation https://venusautomat[...] Venus Automation 2024-10-14
[8] 간행물 Safety Compendium, Chapter 4.1, Safety relays p. 116 http://www.pilz.com/[...]
[9] 간행물 Safety compendium, Chapter 4.1, Safety relays p. 118 http://www.pilz.com/[...]
[10] 간행물 Safety Compendium, Chapter 4 Safe control technology, p. 115 http://www.pilz.com/[...]
[11] 웹사이트 Dokument DE4033801C1 | Patent specification Emergency stop relay http://www.patent-de[...] patent-de.com 2016-11-30
[12] 간행물 Safety Compendium, Chapter 4 Safe control technology, p. 115 http://www.pilz.com/[...]
[13] 서적 Practical Machinery Safety Newnes 2004-07-16
[14] 웹사이트 Safety relays PNOZ - Pilz INT https://www.pilz.com[...] pilz.com 2016-11-30
[15] 간행물 Safety Compendium, Chapter 4 Safe control technology, p. 115 http://www.pilz.com/[...]
[16] 서적 Practical Machinery Safety Newnes 2004-07-16
[17] 간행물 Safety Compendium, Chapter 4.1, Safety relays p. 116 http://www.pilz.com/[...]
[18] 간행물 Safety compendium, Chapter 4.1, Safety relays p. 118 http://www.pilz.com/[...]
[19] 간행물 Safety Compendium, Chapter 4 Safe control technology, p. 115 http://www.pilz.com/[...]
[20] 웹인용 German patent 4033801 http://www.patent-de[...] 2013-04-26
[21] 웹인용 Safety Compendium, Chapter 4: Safe control technology, page 115 https://web.archive.[...] 2013-03-07
[22] 간행물 International patent EP0482437 http://worldwide.esp[...]
[23] 웹인용 Safety Compendium, Chapter 4.1.1: Overview of safety relays, page 116 https://web.archive.[...] 2013-03-07
[24] 웹인용 Safety Compendium, Chapter 4.1.2: Structure and function of safety relays, page 116 following pages https://web.archive.[...] 2013-03-07
[25] 웹인용 Safety Compendium, Chapter 4.1: Safety relays, page 118 following pages https://web.archive.[...] 2013-03-07


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