이 글의 목적은 CNC 선반에서 작업자 보호를 위해 필수인 문인터락(Guard Door Interlock) 장치의 점검 항목, 시험 절차, 고장 진단, 기록 양식, 개선 우선순위를 체계적으로 제시하여 현장에서 즉시 적용 가능하도록 돕는 것이다.
1. 문인터락의 기능 정의와 구성요소
문인터락은 가드 도어가 열려 있을 때 위험운전이 시작되거나 지속되지 않도록 전기적·기계적·논리적 안전기능을 제공하는 장치이다.
주요 구성요소는 다음과 같다.
- 가드 센서: 키형(텅), 힌지형, 자석형, 비접촉 코딩형 등이다.
- 가드 락킹 장치: 솔레노이드 록 타입으로 가공 중 문 개방을 기계적으로 차단한다.
- 세이프티 릴레이 또는 세이프티 PLC: 이중채널 입력, EDM(External Device Monitoring) 기능을 포함한다.
- 정지 카테고리 제어: 카테고리 0(전원 차단), 1(제어된 정지 후 전원 차단) 로직을 담당한다.
- 스핀들·축 드라이브 안전기능: STO(Safe Torque Off), SS1/SS2(Safe Stop), SLS(Safely-Limited Speed) 등이다.
- 휴먼머신인터페이스(HMI)/경보: 상태 표시, 진단 코드, 시험 모드 설정을 제공한다.
주의 : 비접촉형 단일센서만으로 안전기능을 구성하지 말아야 한다. 최소 이중채널 구조와 결함감지(DCavg) 확보가 필요하다.
2. 안전성 설계 개요와 요구성능수준
2.1 성능수준 개념
문인터락 안전기능의 목표 성능수준은 통상 PLr = d 또는 e 수준을 요구한다. 위험평가 결과에 따라 PLr를 정의하고 설계 단계에서 카테고리 3 또는 4 구조, 충분한 MTTFd, 적절한 진단범위(DCavg)를 확보해야 한다.
2.2 이중채널 구조 예
- 채널 A: 도어 스위치 A 접점 → 세이프티 릴레이 입력 A → 릴레이 안전접점 K1 → 드라이브 STO A이다.
- 채널 B: 도어 스위치 B 접점 → 세이프티 릴레이 입력 B → 릴레이 안전접점 K2 → 드라이브 STO B이다.
- EDM: K1, K2 피드백을 릴레이로 환류하여 용접접점 고착을 감시한다.
주의 : PLC 일반입출력으로 안전기능을 구현하지 말아야 한다. 세이프티 인증 입출력을 사용해야 한다.
3. 문인터락 점검 주기와 책임
- 일상점검: 교대조 시작 전 작업자 또는 반장 수행한다.
- 정기점검: 월 1회 이상 설비보전팀 수행한다.
- 정밀점검/검증: 반기 또는 연 1회 안전담당자와 보전이 합동으로 수행한다.
- 개조·정비 후 검증: 관련 작업 종료 즉시 수행한다.
4. 안전거리와 정지시간 검증
4.1 최소 안전거리 산정식
문인터락은 문 개방 시 정지완료까지 위험구역 접근을 고려해 안전거리를 확보해야 한다. 일반 접근속도 기준은 1600 mm/s를 적용한다.
S = K × T + C S : 최소 안전거리(mm) K : 접근속도(mm/s) [일반적으로 1600] T : 위험정지시간(s) = 제어반응시간 + 드라이브 정지시간 + 기계관성 정지시간 C : 여유거리(mm) [기계 구조에 따라 0~250] 4.2 예시 계산
제어반응 50 ms, 드라이브 SS1 120 ms, 기계 관성 정지 180 ms, 합계 T=0.35 s, C=120 mm 가정 시 다음과 같다.
S = 1600 × 0.35 + 120 = 680 mm주의 : SS1 대신 STO만 사용하는 경우 회전부가 자유회전으로 정지시간이 증가할 수 있다. 실제 측정값으로 T를 검증해야 한다.
5. 현실적 점검 항목과 허용기준
| 항목 | 체크 방법 | 허용 기준 | 주기 |
|---|---|---|---|
| 도어 구조물 상태 | 힌지·롤러·프레임 변형 및 균열 육안 점검 | 변형·헐거움 없음, 개폐 저항 일정 | 일상 |
| 인터락 센서 취부 | 볼트 토크 확인, 마운트 플레이트 흔들림 측정 | 설계 토크 이상, 흔들림 < 1 mm | 월간 |
| 키 정렬상태 | 게이지로 키-헤드 정렬 확인 | 제조사 공차 내 정렬 유지 | 월간 |
| 배선 손상 | 케이블 외피 마모, 단선, 피복절상 육안 및 연속성 시험 | 손상 없음, 절연저항 기준 이상 | 월간 |
| 이중채널 독립성 | 회로도 대조, 멀티코어 동일 접지 공유 여부 확인 | 채널간 단락·공유 접지 없음 | 정기 |
| EDM 피드백 | 접점 용착 가상시험, 피드백 미복귀 감지 여부 확인 | 미복귀 시 재시동 금지 | 정기 |
| 락킹 기능 | 가공 중 문 당김 시험, 락 해제 불가 확인 | 정격 보유력 이상, 작동음 정상 | 정기 |
| 재시동 방지 | 문 열림→닫힘 후 자동 재가동 여부 확인 | 재시동 금지, 의도적 시작만 허용 | 일상 |
| 정지시간 T 측정 | 정지시간 측정기 또는 고속로거 사용 | 허용 S 계산 근거와 일치 | 정밀 |
| HMI 경보 | 문 열림·락킹 오류 코드 표시 확인 | 상태·원인 명확 표시 | 정기 |
| 세이프티 릴레이 | 자기진단 LED, 전원 강하 응답 확인 | 전원강하 시 안전정지 수행 | 정기 |
| 세이프티 PLC 로직 | 검증 모드에서 시퀀스 스텝 감시 | 의사결정 경로 문서와 일치 | 정밀 |
| 유지보수 모드 | Reduced Speed/Setup 모드에서 속도·힘 제한 확인 | SLS/조그만 허용, 양수조작 금지 | 정기 |
| 윤활·칩 비산 | 문 개방 시 비산방지 스커트 확인 | 비산 통로 차단, 누유 없음 | 월간 |
| 환경 요인 | 절삭유·분진으로 센서 오작동 여부 점검 | 감쇠·오염에 의한 미검출 없음 | 정기 |
6. 기능시험 표준 절차(SOP)
6.1 준비
- LOTO 적용 후 에너지 격리 상태를 확인한다.
- 세이프티 회로도와 I/O 리스트를 확보한다.
- 정지시간 측정장비 또는 드라이브 로그 접근권한을 준비한다.
6.2 회로 무결성 시험
- 전원 투입 후 문을 열린 상태로 유지한다.
- 스핀들 시작 명령을 입력한다.
- 구동이 시작되지 않아야 한다.
- 문을 닫고 인터락이 체결되면 구동 허용 상태가 되어야 한다.
6.3 정지 성능 시험
- 스핀들 1500 rpm, 이송 10 m/min 상태에서 문을 개방한다.
- SS1 또는 STO가 작동하여 구동이 정지해야 한다.
- T를 측정하고 이전 기준과 비교한다. 기준 초과 시 원인분석을 수행한다.
6.4 재시동 방지 시험
- 문을 연 상태에서 시작 버튼을 눌러본다. 구동이 허용되지 않아야 한다.
- 문을 닫은 후에도 자동으로 재가동되지 않아야 한다.
- 의도적 시작 입력이 있어야만 구동이 시작되어야 한다.
주의 : 시험 중 칩 비산과 냉각수 분사에 대비하여 방호경과 방수복을 착용해야 한다.
7. 세이프티 로직 예시
7.1 세이프티 릴레이 기반 논리
// Channel A/B 입력, EDM 피드백, Start/Reset 논리 IF Door_A == CLOSED AND Door_B == CLOSED AND EDM == OK THEN Safety_Relay = ENABLE ELSE Safety_Relay = TRIP END IF
// 재시동 방지
IF Safety_Relay == ENABLE AND Start_Button == PRESSED AND Reset == COMPLETED THEN
Machine_Run = TRUE
ELSE
Machine_Run = FALSE
END IF
7.2 세이프티 PLC SLS/SS1 통합 예
// 모드에 따른 안전기능 전환 CASE Mode OF AUTO: IF Door == OPEN THEN CMD = SS1; // 제어정지 후 STO END_IF SETUP: LIMIT_SPEED(SLS_500rpm); REQUIRE_HOLD_TO_RUN(); // 양수조작만 허용 END_CASE 주의 : 설정 변경은 권한관리 하에 수행해야 한다. 비인가자가 세이프티 파라미터를 변경하면 법적 책임이 발생할 수 있다.
8. 고장유형(FMEA 관점)과 조치
| 고장 모드 | 징후 | 원인 | 즉시 조치 | 영구 조치 |
|---|---|---|---|---|
| 접점 용착 | 문을 열어도 구동 허용 | 과전류, 반복 아크 | 비상정지, 설비 격리 | 세이프티 릴레이 교체, 서지 억제 |
| 센서 탈락 | 간헐적 문상태 점멸 | 진동, 토크 미달 | 생산중지, 고정 볼트 재체결 | 방진와셔 적용, 토크 관리 |
| 배선 절상 | 문 닫힘에도 재가동 불가 | 케이블 트레이 간섭 | 절연 처리, 교체 | 배선 경로 변경, 보호호스 적용 |
| 락킹 불량 | 가공 중 문 당김 가능 | 솔레노이드 열화 | 가공중지, 부품 교체 | 락킹 주기 교체 계획 수립 |
| 논리 오류 | 모드 불일치 | 프로그램 변경 누락 | 세이프티 리셋 금지 | 변경관리(MOC) 강화 |
9. 기록과 법적 대응력 강화
9.1 점검·시험 기록 양식 샘플
[문인터락 점검일지] 설비명/호기: 점검일시: 점검자/검토자: 도어 수량: T(정지시간): ____ s S(안전거리): ____ mm 기준: ____ mm 항목별 판정: [적합/부적합] 상세의견: 조치계획/완료일: 부착 사진 ID: 서명: 9.2 변경관리(MOC) 체크
- 센서 형식 변경, 위치 변경, 로직 변경은 MOC 대상이다.
- 변경 후 위험성 재평가와 기능시험이 의무이다.
10. 유지보수 포인트
- 센서 정렬 게이지를 제작하여 반복 점검 시간을 단축한다.
- 케이블 스트레인 릴리프를 추가하여 휨 피로를 줄인다.
- 절삭유 분무 영역에는 IP 등급이 높은 센서를 사용한다.
- 솔레노이드 락은 주기적 무부하 왕복시험으로 초기 열화를 조기 발견한다.
- 세이프티 릴레이 EDM 입력은 반드시 연결하고 주기적으로 유효성을 검증한다.
11. 문인터락 점검 체크리스트 양식
| No | 점검항목 | 점검방법 | 판정 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 도어 외관·힌지 손상 | 육안, 유격 및 소음 확인 | □적합 □부적합 | |
| 2 | 인터락 센서 취부 토크 | 토크렌치 측정 | □적합 □부적합 | 규격 ____ N·m |
| 3 | 키-헤드 정렬 | 게이지 삽입, 간극 측정 | □적합 □부적합 | 간극 ____ mm |
| 4 | 배선·커넥터 상태 | 단선·절상 유무, 당김 시험 | □적합 □부적합 | |
| 5 | 채널 독립성 | 회로 추적, 공통점 제거 확인 | □적합 □부적합 | |
| 6 | EDM 피드백 | 용착 시뮬레이션, 미복귀 감시 | □적합 □부적합 | |
| 7 | 락킹 보유력 | 스펙 대비 당김 시험 | □적합 □부적합 | 정격 ____ N |
| 8 | 재시동 방지 | 닫힘 후 자동가동 금지 확인 | □적합 □부적합 | |
| 9 | 정지시간 측정 | 로거/드라이브 로그 확인 | □적합 □부적합 | T=____ s |
| 10 | HMI 경보 표시 | 오류코드 표기 및 조치안 표시 | □적합 □부적합 | |
| 11 | 모드 관리 | SETUP 속도 제한 검증 | □적합 □부적합 | 조그만 허용 |
| 12 | 청결상태 | 센서 오염·칩 침적 제거 | □적합 □부적합 |
12. 교육 포인트와 작업자 준수사항
- 가공 중 문을 당기거나 임의로 개방하지 말아야 한다.
- 자석, 임시점퍼 등으로 인터락을 우회하지 말아야 한다.
- 문인터락 경보 발생 시 생산을 중지하고 보전에 통보해야 한다.
- 청소·칩 제거는 정지 후 에너지 격리 상태에서 수행해야 한다.
주의 : 우회행위는 중대재해 위험을 증가시키며 형사·민사 책임으로 이어질 수 있다.
13. 정지시간 측정 방법 상세
- 스핀들 기준 rpm과 이송속도를 설정한다.
- 문 개방 신호와 드라이브 토크 컷오프 시점을 동시 계측한다.
- 토크 0 도달 또는 속도 0 도달 시점까지 시간을 측정한다.
- 3회 이상 반복 측정하여 최대값을 T로 채택한다.
- 산출된 T로 안전거리 S를 재계산하여 기준과 비교한다.
14. 감사(Internal Audit) 체크포인트
- 위험성평가 문서에 문인터락 안전기능이 반영되어야 한다.
- 회로도·I/O 리스트·세이프티 파라미터 백업이 최신이어야 한다.
- 점검일지·시험성적서가 최근 주기에 맞게 보관되어야 한다.
- 부품 변경 이력과 MOC 기록이 일치해야 한다.
- 교육 기록과 서명이 구비되어야 한다.
15. 부품 선정 가이드
15.1 센서 선택 기준
- 환경: 절삭유, 칩, 고압세척 가능 여부로 IP 등급을 선택한다.
- 코딩: 비인가 우회 방지를 위해 코딩된 비접촉 센서를 고려한다.
- 기계 정밀도: 정렬 공차가 까다로운 설비는 힌지형을 고려한다.
15.2 락킹 장치
- 보유력: 문 크기·차압·사용자 당김력 합산으로 정격을 산정한다.
- 페일세이프: 전원 상실 시 안전한 상태로 머무르는 타입을 선택한다.
15.3 제어기
- 이중채널, EDM, 자동/수동 리셋 선택 가능해야 한다.
- 세이프티 PLC 사용 시 인증된 펑션블록을 사용한다.
16. 개조·정비 후 재가동 승인 절차
- 개조 전후 회로도 차이분석을 문서화한다.
- 기능시험(섹션 6 전 항목)과 정지시간 측정을 수행한다.
- 위험성 재평가 결과를 승인권자가 검토한다.
- HMI 알람·로그가 정상 기록되는지 검토한다.
- 교육 재시행 후 서명을 수취한다.
17. 빈발 문제 사례와 해결
- 문 변형으로 정렬 불량이 반복되는 경우 도어 프레임에 보강 리브를 추가한다.
- 절삭유 미스트로 근접센서 감도가 저하되는 경우 차폐 커버와 퍼지 에어를 적용한다.
- 릴레이 용착 재발 시 직렬 접점 수를 늘리고 부하 서지를 억제한다.
- 재시동 방지 불량은 소프트웨어 자동재가동 플래그를 제거하여 해소한다.
FAQ
문인터락만으로 충분한가?
문인터락은 필수지만 충분조건이 아니다. 긴급정지, 광전자식 방호, 속도제한 기능과 함께 통합적으로 설계해야 한다.
비접촉 자석식 센서는 위험한가?
코딩되지 않은 단순 자석식은 우회 위험이 크다. 코딩형 또는 이중채널 고안전 센서를 사용해야 한다.
정지시간은 얼마나 자주 측정하나?
정기점검 시 최소 분기 1회, 개조·오버홀 후 즉시 측정하는 것을 권장한다.
유지보수 모드에서 문을 열고 가동 가능한가?
가능하다. 단, 안전속도 제한과 양수조작을 만족하고 위험영역 접근을 최소화하는 조건에서만 허용한다.
인터락 우회 적발 시 어떻게 하나?
즉시 생산을 중지하고 원상복구 후 원인분석과 재교육을 실시한다. 재발 방지를 위한 공학적 조치를 병행한다.