안전제일 - 놀이기구 속도 모니터링

피닉스컨택트

탑승하고 안전벨트 매고, 이제 출발!
대부분의 아이들이 놀이기구를 좋아한다는 사실은 굳이 말할 필요도 없다. 그러나 부모들은 놀이기구의 안전성을 항상 걱정한다. 당연히 부모들은 탑승객의 안전을 위해 어떤 기술이 사용되는지 궁금해 한다.
Gebr. Heege Gmbh는 지난 35년 동안 놀이동산 장비와 놀이기구 등을 개발 및 생산 판매해왔다. 독일 Eifel의 Laubach에 위치한 이 가족경영 기업은 현재 15명의 직원을 두고 있다. 이 기업은 처음에는 독일 시장을 위한 장비생산에 주력했지만, 1995년에 수출을 시작하면서 현재 지속적으로 성장하고 있다. 이 기업은 모티프를 이용하여 다양한 테마를 묘사하는 놀이 산업의 경향에 발맞춰 제품을 개별적으로 설계하고 있다.

하늘을 나는 놀이기구의 큰 즐거움
이 9m 높이의 타워는 4개의 2인석을 탑재하고 있다. 각각의 좌석은 개별 모터 드라이브를 갖추고 있어서 승객들은 스스로 높이와 속도를 선택할 수 있다. 상승 시 속도는 좌석에 부착된 제어 케이블을 통해 제어한다. 제어 케이블을 더욱 세게 잡아당기면 올라가는 속도가 빨라진다. 당겼던 케이블을 풀면 승객은 초당 1m의 속도로 하강한다. 타워 근처에 있는 사람들이 위험에 노출되지 않도록 놀이기구의 하단 1/3지점에서 속도는 초당 0.2m로 감소한다. 이 타워는 놀이동산 내 셀프 놀이기구 중 하나로, 관리자 한 명을 부르거나 볼 수 있는 가까운 거리에 배치된다.
이곳에서 중요한 최초 시운전이 실시되며 이를 통해 설치 장소에서 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다

하강 시의 연속 모니터링
위험한 상황이 발생할 경우 해당 놀이기구 담당자 또는 대기 중인 승객이 긴급 정지 제어 장치를 눌러 놀이기구를 정지시킬 수 있다. 그러나 기계적 결함이나 드라이브 장애가 발생하여 제어가 안 되면, 좌석이 빠른 속도로 자유 낙하하면서 승객이 반응할 충분한 시간을 갖지 못하게 된다. 이는 기계적 또는 전기적 장애로 인한 부상을 완전히 배제할 수 없음을 의미한다. 따라서 하강에 대한 연속적인 모니터링과 긴급상황 발생시의 개입능력은 중요한 문제이다.

Gebr. Heege GmbH의 설계 엔지니어인 Walter Dorksen은 안전관련 감시기능의 요건을 다음과 같이 설명한다.
“타워 유형을 현대화하면서 동시에 10V 아날로그 속도검출발전기(tachogenerator)와 관련 측정 장치들을 sin/cos 엔코더 및 적합한 안전 관련 속도 검출기로 교체해야만 했습니다. 간단한 파라미터화 외에도 설치 공간을 줄이는 설계와 높은 시스템 가용성도 중요한 특징입니다."

이 놀이기구 제조사는 하강 모니터링 솔루션으로 피닉스컨택트의 안전 관련 정지상태 및 속도를 모니터링하는 정지 및 속도 감지기 PSR-RSM4를 선택했다. 폭이 45mm에 불과한 이 독립형 모듈은 기기 및 시스템 내 회전부의 속도를 모니터링한다.

1초 내로 정지
하강을 감지하기 위한 이 sin/cos 증분형 엔코더는 타워 상부에 있는 역전 가이드 장치에 설치된다. 또한 과속을 감지할 때 좌석을 정지시키기 위해 대기 전류 원칙에 따라 작동하는 기계적 낙하 보호 요소도 있다. 측정값 감지(센서), 모니터링(로직), 제동 장치를 갖춘 자기적 작동 스위치(액츄에이터) 등의 조합이 제어 요소로써 과속을 감지할 경우 기구가 1초 이내로 즉시 정지하도록 보장해준다. PSR-RSM4 속도 감지기는 속도 변화의 범위 모니터링에 있어서 핵심적인 역할을 한다.

주파수 변환기에서 시작 명령을 내린 후, 상위 제어 시스템은 PSR-RSM4의 2채널 정지 접점으로부터 피드백되는 모션 신호를 기다린다. 확실한 피드백 신호가 1초 내로 수신되지 않을 경우 해당 제어 시스템은 즉시 드라이브의 긴급 정지를 수행한다. 이 기능을 통해 드라이브와 측정 시스템을 영구적으로 모니터링 할 수 있다. 통합된 2채널의 과속 접점과 함께 시스템은 저속과 고속 범위 모두에서 모니터링 할 수 있다.

간단한 파라미터 설정
정지 및 속도 모니터는 무료로 제공되는 PSR-CONF-WIN 소프트웨어를 이용하여 설정할 수 있다. 사용자는 이 도구를 이용하여 정지 신호에 대한 설정값을 입력할 수 있다. 또한 과속 기준값으로 최대 3개의 값을 입력할 수 있다. 근접 스위치뿐만 아니라 HTL, TTL, sin/cos 엔코더와 같은 모든 유용한 모터 피드백 시스템을 센서로 연결하여 사용할 수 있다. 또한 PRS-RSM4 모듈에 엔코더와 근접 스위치를 동시에 연결할 수도 있다.

예를 들어, 이 원리는 샤프트 파손 모니터링 기능에도 적용할 수 있다. 엔코더와 근접 스위치가 해당 샤프트의 양 끝에 탑재되고 속도 모니터에 의해 측정된다(그림 5). 모터 또는 라인 콘택터는 해당 드라이브를 정지시킨 후 위험할 수 있는 동작을 정지시킨다.

관련 표준 준수 사항 요약
Machinery Directive 2006/42/EC 1조에 따라 놀이동산 기계 및 구조물은 적용 대상에서 제외된다. 대신 일반적으로 연 1회 정기적인 최초 검사의 일환으로써 상태 및 작동 안전성을 평가하기 위해 점검하는 물리적 구조물로 간주된다. DIN 4112 외에도 새로운 EN 13814 표준인 ‘축제 및 놀이공원 기계 및 구조물 - 안전성(Fairground and amusement park machinery and structures - safety)’을 포함한 국내외 규정들이 테스트 및 점검에 적용된다. 기계 및 플랜트 건설 분야의 경우, EN 13849-1 및 Machinery Directive 2006/42/EC에 맞춘 EN 62061 등의 표준을 사용할 수 있다. PSR-RSM4 속도 감지기는 SIL 3(EN 62061) 및 PL e(EN 13849-1) 등에 따른 가장 높은 수준의 요구사항을 준수한다. 그 결과 이 안전 모듈은 연결된 펄스 엔코더의 유형과 수에 따라 이와 같은 유형에 사용될 수 있다.

결론
Walter Dorksen은 “피닉스컨택트 정지 및 속도 감지기의 파라미터화는 간단하게 진행되었고, 해당 타워의 전체 안전 시스템은 안정적이고 신뢰할 수 있는 것으로 검증되었습니다" 라고 요약해서 설명했다. 또한 "표준 드라이브 컴포넌트를 사용함으로써 측정값을 감지하기 위한 특수 설계를 개발할 필요가 없었습니다" 라고 덧붙여 말했다.

단일 공급자로부터 제공받는 모든 안전 제품 및 서비스
안전 기술 분야에 사용되는 스위칭 디바이스는 다루기 쉽고 안정적으로 작동해야 한다. 피닉스컨택트는 이러한 요구사항을 해결해주는 포괄적 제품 포트폴리오를 갖추고 있다. 최고의 안전 릴레이 및 설정 가능한 안전 모듈에서부터 안전 관련 제어 시스템에 이르기까지 모든 장비들은 관련 국제 표준을 준수한다. 혁신적인 연결 시스템과 공간 절약형 설계 그리고 투명한 레이아웃을 활용하여 안전 관련 장치를 빠르고 경제적으로 설치할 수 있다.

안전 포트폴리오는 광범위한 서비스 지원과 무료 상담 전화 등을 통해 완성된다. 피닉스컨택트는 안전에 관한 모든 질문들에 대응하기 위해 특별한 서비스 및 지원 콘셉트를 개발했다. 이 콘셉트는 사용자에 맞게 다시 미세 조정된다. 이를 통해 사용자는 간단하고, 관련 표준을 준수하며, 안전한 비용 효율적인 솔루션을 획득했다는 확신을 얻게 된다.