[PLC 실무 7편] PLC 라이트커튼과 안전 도어 스위치, 선정부터 배선까지

이번 7편에서는 예고드린 대로 **라이트커튼(Light Curtain)**과 **안전 도어 스위치(Safety Door Switch)**를 다뤄보겠습니다. 두 장치 모두 "설비 진입을 감지해서 멈추는 장치"라는 점은 같지만, 선정 기준도 다르고 특유의 함정도 다릅니다. 실무에서 자주 틀리는 부분 위주로 짚어드리겠습니다.

1. 라이트커튼 — Type부터 정확히 구분하자

라이트커튼은 IEC 61496 기준으로 크게 Type 2와 Type 4로 나뉩니다. 이름만 보면 비슷해 보이지만 안전등급 자체가 다릅니다.

• Type 2: 자기진단 주기가 있고 단일 채널 구조에 가까워, 최대 PL c 정도까지만 인정됩니다. 저위험 구간(경고용, 접근 감지용)에 제한적으로 사용됩니다.
• Type 4: 이중 채널 OSSD(Output Signal Switching Device) 출력, 상시 자기진단 구조로 PL e / SIL 3까지 대응 가능합니다. 프레스, 로봇 셀처럼 신체가 직접 위험점에 접근하는 구간은 원칙적으로 Type 4를 써야 합니다.

카탈로그에서 "Safety Light Curtain"이라고만 써 있어도 Type 2인 경우가 있으니, 반드시 데이터시트에서 Type 번호와 PL/SIL 등급을 직접 확인하십시오.

선정 시 확인할 것

① 분해능(Resolution): 손가락 감지(약 14mm급), 손 감지(약 30mm급), 팔·몸통 감지(40~70mm급)로 나뉩니다. 위험점까지의 거리가 짧을수록 더 정밀한 분해능이 필요합니다.

② 안전거리 계산: ISO 13855 공식을 그대로 적용합니다.

S = K × T + C

• S: 라이트커튼 설치 위치와 위험점 사이 최소 거리
• K: 접근속도 (통상 1,600mm/s, 저속 접근 상황 등 조건에 따라 2,000mm/s 적용)
• T: 전체 응답시간 (라이트커튼 자체 응답시간 + 안전릴레이/컨트롤러 응답시간 + 최종 구동부 정지시간의 합)
• C: 분해능에 따른 추가거리 (통상 8×(d−14mm), 손가락 감지의 경우 별도 상한 적용)

여기서 실무자가 자주 놓치는 게, T(응답시간)를 라이트커튼 스펙만 보고 계산하는 것입니다. 실제로는 라이트커튼 응답시간 + 안전릴레이 응답시간 + 컨택터/서보 정지시간까지 다 더해야 정확한 S값이 나옵니다. 6편에서 언급한 안전릴레이 응답시간 스펙이 여기서 다시 쓰이는 셈입니다.

③ 뮤팅(Muting) 필요 여부: 컨베이어 라인처럼 자재는 통과시키되 사람은 차단해야 하는 구간이라면 뮤팅 기능(또는 별도 뮤팅 센서 + 뮤팅 컨트롤러)이 필요합니다. 뮤팅 로직 자체도 안전기능이므로, 뮤팅 램프 표시, 뮤팅 시간 제한(고정형/이동형) 등 세부 요건을 표준(IEC 61496, 관련 C-표준)에 맞게 설계해야 합니다.

④ OSSD 출력 방식: PNP 2채널 출력이 일반적이며, 안전릴레이나 안전 PLC의 OSSD 전용 입력에 직접 연결합니다. 절대 일반 PLC 입력에 바로 물리지 않습니다 .

2. 안전 도어 스위치 — 접촉식 vs 비접촉식, 그리고 잠금 여부

종류 구분

• 기계식(텅 작동형, Tongue-operated): 도어에 액추에이터(텅)가 삽입되어야 작동. 구조가 단순하지만 액추에이터를 다른 물건으로 대체해서 무력화(우회, Defeat)하기 쉬운 편입니다.
• 비접촉식 코드화 스위치(Coded Non-contact, RFID형): 액추에이터와 스위치 본체가 서로 암호화된 코드를 주고받는 방식으로, 무력화 난이도가 훨씬 높습니다. 코딩 레벨(Low-coded / High-coded, ISO 14119 기준)에 따라 요구 PL 등급에 맞춰 선정합니다.
• 가드락(Solenoid Guard Locking): 단순 상태 감지를 넘어, 위험 동작이 완전히 멈출 때까지 도어 자체를 기계적으로 잠가버리는 방식. 관성 정지시간이 긴 설비(대형 회전체, 여열 위험 구간)에는 가드락이 사실상 필수입니다.

선정 시 확인할 것

① 코딩 레벨과 무력화 저항성: ISO 14119에서는 액추에이터를 얼마나 쉽게 우회할 수 있는지도 평가 대상입니다. 단순 텅 스위치를 고위험 구간에 쓰면, 작업자가 드라이버나 여분 액추에이터로 무력화하는 사고가 실제로 발생합니다. 위험도가 높은 구간일수록 코드화 스위치를 우선 검토하십시오.

② 잠금 필요 여부 판단 — 정지시간 기준: 도어를 여는 순간 즉시 사람이 위험점에 도달할 수 있는데, 설비의 정지시간(관성 정지시간)이 그보다 길다면 반드시 가드락이 필요합니다. "도어 열림 = 즉시 전원 차단"만으로는 관성 때문에 위험점이 계속 움직이는 시간이 남기 때문입니다. 이때는 잠금 해제 조건 자체를 "완전 정지 확인 후"로 설계해야 합니다.

③ 비상 탈출(Escape Release) 고려: 사람이 안에 있는 상태에서 도어가 잠기는 상황이 발생할 수 있는 구조라면, 내부에서 수동으로 잠금을 해제할 수 있는 비상 탈출 장치를 함께 설치해야 합니다. 의외로 이 부분을 설계에서 빠뜨리는 경우가 많습니다.

④ 이중 채널 구성: E-stop, 두 손 조작과 마찬가지로 도어 스위치도 요구 PL/SIL에 따라 이중 채널(코드화 스위치는 보통 자체적으로 이중 채널 OSSD 출력 제공)로 안전릴레이에 연결해야 합니다.

3. 배선 실무

라이트커튼 배선 (6편 안전릴레이 확장 구성 기준)

[라이트커튼 OSSD1] ── 안전릴레이/안전PLC 이중채널 입력 1
[라이트커튼 OSSD2] ── 안전릴레이/안전PLC 이중채널 입력 2
[뮤팅센서1, 뮤팅센서2] ── 뮤팅 컨트롤러(또는 라이트커튼 내장 뮤팅 입력)
[뮤팅 표시램프] ── 뮤팅 컨트롤러 출력

OSSD 출력은 자체적으로 이미 이중화·자기진단이 된 신호이므로, 6편에서 다룬 안전릴레이의 전용 OSSD 입력 단자(제품별로 표기 다름, 예: X1/X2)에 그대로 연결하면 됩니다. 별도의 이중 채널 배선(S11/S12 방식)을 또 만들 필요는 없습니다 — 이미 라이트커튼 내부에서 이중화가 끝난 신호이기 때문입니다.

도어 스위치 배선 (가드락 포함)

[코드화 도어스위치 OSSD1/OSSD2] ── 안전릴레이 이중채널 입력
[가드락 솔레노이드 코일] ── 안전릴레이(또는 별도 잠금 제어 출력)에서 24V 구동
[잠금 상태 모니터링 접점] ── 안전릴레이 피드백 입력 (잠금 여부 확인용)

가드락을 쓸 경우, "잠금 해제 신호"와 "구동부 정지 확인 신호"가 서로 인터록되어야 합니다. 즉 컨트롤러가 "정지 완료"를 확인하기 전까지는 잠금 해제 명령 자체가 나가지 않도록, 안전 컨트롤러(또는 6편에서 다룬 PNOZmulti 같은 안전 PLC) 로직 단에서 타이머·정지확인 조건을 걸어야 합니다. 이 부분은 일반 안전릴레이 단품보다 안전 PLC(PNOZmulti, 지멘스 3RK 등)로 구성하는 경우가 많습니다.

4. PLC(XGK/XG5000) 래더 프로그램 — 상태 모니터링 및 통합 인터록

PLC는 라이트커튼·도어스위치를 직접 차단하지 않습니다. 안전릴레이/안전PLC가 이미 판단을 끝낸 결과(보조 모니터링 접점)만 받아서, 경보 표시·뮤팅 상태 표시·기동 허가 로직에 반영하는 역할입니다.

입력/출력 정의 (예시 — 실제 번지는 I/O 파라미터에서 확인)

PLC 디바이스내용

 

디바이스	내용
P0000, P0001	비상정지 안전릴레이 응답접점 K1/K2
P0010	라이트커튼 안전릴레이 응답접점 (OSSD 정상상태)
P0011	뮤팅 활성 상태 입력 (뮤팅 컨트롤러 출력)
P0012, P0013	도어스위치 안전릴레이 응답접점 (이중채널)
P0014	가드락 잠금 상태 확인 접점 (잠김=ON)
M0000	(5편) 비상정지 정상상태 플래그
M0010	라이트커튼 정상상태 플래그
M0011	도어+가드락 정상상태 플래그
M0020	전체 안전체인 정상(종합) 플래그
P0023	뮤팅 표시램프
P0024	도어 열림/미잠금 경보램프

Rung 1 — 라이트커튼 상태 감시

 P0010                                        M0010
--| |---------------------------------------------( )--
 (라이트커튼 안전릴레이 응답접점, 정상 시 ON)

LD    P0010
OUT   M0010

Rung 2 — 뮤팅 표시

 P0011                                        P0023
--| |---------------------------------------------( )--

LD    P0011
OUT   P0023

뮤팅 중에는 라이트커튼이 정상 차단 기능을 하지 않는 구간이므로, 현장에 반드시 램프로 표시해줘야 합니다. 뮤팅 로직 자체(어느 센서가 어떤 순서로 감지되어야 뮤팅이 활성화되는지)는 뮤팅 컨트롤러/라이트커튼 내장 기능에서 처리하고, PLC는 그 결과 상태만 받아 표시합니다.

Rung 3 — 도어+가드락 상태 감시

 P0012   P0013                                M0011
--| |------| |-------------------------------------( )--
 (도어스위치 이중채널 응답접점 모두 ON이어야 정상)

LD    P0012
AND   P0013
OUT   M0011

Rung 4 — 도어 미잠금/열림 경보

 M0011   P0014                                P0024
--| |------|/|-------------------------------------( )--
 (도어는 정상인데 가드락이 잠기지 않은 상태 = 경보)

LD    M0011
ANI   P0014
OUT   P0024

Rung 5 — 전체 안전체인 종합 판정

 M0000   M0010   M0011                          M0020
--| |------| |------| |-----------------------------( )--
 (비상정지 정상)(라이트커튼 정상)(도어+가드락 정상)

LD    M0000
AND   M0010
AND   M0011
OUT   M0020

이 M0020이 바로 5편에서 만든 M0002(운전준비) 래치 로직의 AND 조건으로 추가되는 지점입니다. 5편 Rung 3의 "M1 AND M0" 조건에 M0020을 추가로 걸어, 비상정지뿐 아니라 라이트커튼·도어까지 전부 정상일 때만 운전준비 상태로 전환되도록 확장하면 됩니다.

[5편 Rung 3 확장 예]
LD    P0002
PLS   M0001
LD    M0001
AND   M0000
AND   M0020        
SET   M0002

XG5000 실무 팁

• 라이트커튼, 도어스위치처럼 안전기능이 여러 개로 늘어날수록 M0000, M0010, M0011 같은 개별 플래그를 만들어두고, 마지막에 M0020 하나로 종합하는 구조가 유지보수에 훨씬 유리합니다. 안전기능이 하나 추가될 때마다 기존 로직을 건드리지 않고 AND 조건만 늘리면 되기 때문입니다.
• P0023(뮤팅 표시), P0024(도어 미잠금 경보) 같은 표시 전용 출력은 안전 출력이 아니라 상태 알림용이라는 점을 도면에도 명확히 주석 처리해두시길 권합니다. 6편에서 언급한 "모니터링용 접점 vs 안전 출력 접점" 구분과 같은 맥락입니다.

5. 20년차가 현장에서 자주 목격한 실수들

① 라이트커튼 응답시간만 보고 안전거리 계산 안전릴레이·컨택터 정지시간을 빼먹고 S값을 계산해서, 실제로는 라이트커튼이 감지해도 사람이 위험점에 먼저 도달할 수 있는 거리로 설치된 사례.

② 뮤팅 상태 표시램프 누락 뮤팅 중에는 라이트커튼이 사람을 감지 못하는 구간인데, 현장에 표시가 없어 작업자가 "지금 안전한 상태"로 착각하는 경우.

③ 가드락 없이 도어 열림=즉시 정지로만 설계된 대관성 설비 관성 정지시간이 긴 설비에서 도어를 열자마자 회전체가 계속 도는 상태로 남는 위험. 정지시간 데이터를 실측하지 않고 설계한 경우 자주 발생합니다.

④ 비상 탈출 장치 누락 가드락 적용 구간인데 내부 비상탈출 수단이 없어, 사람이 갇히는 상황에 대한 대책이 빠진 경우.

⑤ 도어스위치 액추에이터를 볼트 등으로 고정해 무력화 작업 편의를 위해 현장 작업자가 임의로 액추에이터를 고정해버리는 경우. 설계 문제라기보다 운영 관리 문제지만, 코드화 스위치로 바꾸면 이런 단순 무력화 자체가 훨씬 어려워집니다.

6. 실무 체크리스트

1. 라이트커튼 Type(2/4)과 분해능이 위험점 특성에 맞게 선정되었는가
2. 안전거리 S값 계산에 라이트커튼+안전릴레이+구동부 정지시간이 모두 반영되었는가
3. 뮤팅이 필요한 구간이라면 뮤팅 로직과 표시램프가 구성되어 있는가
4. 도어스위치가 위험도에 맞는 코딩 레벨(ISO 14119)로 선정되었는가
5. 설비 정지시간 대비 가드락 필요 여부를 판단했는가
6. 가드락 적용 시 "정지 확인 후 잠금 해제" 인터록이 걸려 있는가
7. 비상 탈출 장치가 필요한 구조인지 확인했는가
8. PLC는 모든 안전장치에 대해 모니터링 전용 접점만 받고 있는가
9. 개별 안전기능 플래그(M0000, M0010, M0011 등)가 종합 판정(M0020)으로 정리되어 운전준비 로직에 반영되었는가

마무리하며

라이트커튼과 도어스위치는 "센서 하나 달면 끝"이 아니라, 안전거리 계산·뮤팅 로직·잠금 인터록까지 함께 설계해야 하는 시스템입니다. 특히 정지시간을 실측 없이 카탈로그 스펙만으로 계산하는 습관은 꼭 고치시길 권합니다. PLC 쪽에서는 5, 6편에서 다진 "모니터링 전용" 원칙을 그대로 확장해서, 여러 안전기능을 개별 플래그로 관리하고 마지막에 종합 판정하는 구조로 정리하시면 유지보수가 한결 편해집니다.