이 글의 목적은 세이프티 릴레이를 언제, 어떤 기준으로 적용해야 하는지 구체적인 사용 구분을 정리하고, 설비 안전 설계 및 개선 시 바로 참고할 수 있는 실무 지침을 제공하는 것이다.
1. 세이프티 릴레이의 기본 개념과 일반 릴레이와의 차이
세이프티 릴레이는 기계·설비의 위험 상태를 신뢰성 있게 차단하기 위한 전용 안전 로직 장치이다. 비상정지 버튼, 안전 게이트 스위치, 라이트 커튼, 양수조작 장치 등에서 오는 입력을 감시하고, 고장·오작동이 발생하더라도 안전 측으로 동작하도록 설계되어 있다.
일반 릴레이는 단순히 제어 신호의 온·오프를 스위칭하는 용도인 반면, 세이프티 릴레이는 사람의 생명과 직결되는 안전 기능을 담당하므로 구조, 자기진단 기능, 시험 기준이 근본적으로 다르다.
| 구분 | 일반 릴레이 | 세이프티 릴레이 |
|---|---|---|
| 목적 | 일반 제어 신호 스위칭 | 인명 보호를 위한 안전 기능 수행 |
| 접점 구조 | 일반 접점, 융착 감시 기능 없음 | 강제 가이드 접점 구조, 접점 융착 여부 감시 |
| 자기 진단 | 미비 또는 없음 | 내부 자기진단, 이중 채널 비교, 타이밍 감시 |
| 적용 안전수준 | PL, SIL 요구 조건 충족 불가 | PL e/PL d, SIL2/SIL3 등 달성 가능 |
| 규격 적합성 | 일반 스위칭 규격 중심 | 기계 안전 및 기능안전 규격 기준 설계 |
2. 세이프티 릴레이 적용 구분의 큰 틀
세이프티 릴레이를 적용할지 여부는 결국 “요구 안전수준”과 “위험도”에 따라 결정한다. 기계 안전 설계에서 요구 안전수준은 주로 PL(Performance Level)이나 SIL(Safety Integrity Level)로 나타낸다. 위험도가 높은 설비일수록 더 높은 PL/SIL이 요구되고, 이에 맞는 안전 로직 장치로 세이프티 릴레이 또는 세이프티 컨트롤러를 사용해야 한다.
2.1 위험도와 세이프티 릴레이 적용
일반적으로 다음과 같은 상황에서는 세이프티 릴레이 또는 동급의 안전 컨트롤러를 사용하는 것이 원칙이다.
- 작동 시 심각한 상해 또는 사망 위험이 있는 기계
- 작업자가 기계 위험부에 근접·침입할 수 있는 구조
- 비상정지 기능이 필수이며, 정지 실패 시 치명적 결과가 예상되는 설비
- 다수의 안전 스위치·라이트 커튼·스캐너 등이 동시에 설치되는 설비
- PL d 이상 또는 SIL2 이상이 요구되는 안전 기능
| 위험 상황 예 | 요구 수준(예시) | 권장 로직 장치 |
|---|---|---|
| 프레스, 금형 투입부 협착 위험 | PL e / SIL3 수준 | 세이프티 릴레이 또는 세이프티 PLC |
| 로봇 셀 출입 게이트, 안전스캐너 | PL d~e / SIL2~3 | 세이프티 릴레이 또는 구성형 세이프티 컨트롤러 |
| 단순 팬, 펌프 설비 비상정지 | PL c 이하 | 위험도에 따라 세이프티 릴레이 또는 안전 스위치 직결 |
| 소형 장비 단일 커버 인터록 | PL c~d | 소형 세이프티 릴레이 또는 장치 내장 세이프티 유닛 |
2.2 “일반 릴레이만으로 충분한 경우”와의 구분
위험도가 낮고, 사람의 상해가 경미한 수준에 그치는 보조 설비에서는 엄격한 PL/SIL 요구가 없을 수 있다. 그러나 한번 안전 기능을 요구하는 설비로 분류되면, 일반 릴레이만으로 안전 기능을 구성하는 것은 원칙적으로 지양해야 한다. 특히 비상정지 회로, 보호커버 인터록, 인체 감지 센서 관련 회로는 세이프티 릴레이를 기본 전제로 검토한다.
3. 안전규격(ISO 13849, IEC 62061) 관점의 적용 기준
세이프티 릴레이 적용 구분을 체계적으로 하기 위해서는 기능안전 규격의 관점을 이해하는 것이 도움이 된다. 기계 안전에서 대표적으로 사용되는 규격은 ISO 13849-1(PL, Category 기반)과 IEC 62061(SIL 기반)이다.
3.1 ISO 13849-1: PL 및 Category와 세이프티 릴레이
ISO 13849-1에서는 안전 관련 제어 시스템을 Category B, 1, 2, 3, 4와 PL a~e로 평가한다. 일반적으로 다음과 같이 이해하면 실무 적용에 용이하다.
- Category 3/4, PL d/e 수준: 2채널 구조, 고장 시에도 안전 기능 유지, 고장 검출 기능 필요 → 세이프티 릴레이 또는 세이프티 컨트롤러 사용이 실질적으로 필수이다.
- Category 1/2, PL c 수준: 일부 단일 채널 구조 가능하지만, 고장 검출 및 신뢰성 확보가 요구되며, 세이프티 릴레이 적용을 강하게 권장한다.
- Category B, PL a/b 수준: 저위험, 안전 기능 요구 빈도가 낮은 경우로, 일반적인 세이프티 릴레이 적용 대상에서 벗어나는 경우가 많다.
3.2 IEC 62061: SIL과 세이프티 릴레이
IEC 62061에서는 안전 기능에 대해 SIL1, SIL2, SIL3를 정의한다. SIL2 이상부터는 상당히 높은 신뢰성 및 고장 진단 능력이 요구되며, 이 수준의 요구를 만족하기 위해서는 세이프티 릴레이 또는 세이프티 PLC와 같은 인증된 로직 장치를 사용하는 것이 일반적이다.
- SIL1: 일부 저위험 설비, 제한된 사용
- SIL2: 일반적인 산업용 기계의 핵심 안전 기능
- SIL3: 프레스, 로봇, 고위험 공정 등 매우 높은 수준의 안전 요구
3.3 규격 기반 간단 의사결정 흐름
실무에서는 아래와 같은 흐름으로 세이프티 릴레이 적용 구분을 정할 수 있다.
- 위험성 평가를 통해 각 위험에 대한 요구 PLr 또는 SILr을 산정한다.
- PLr ≥ d 또는 SILr ≥ 2 인 경우, 해당 안전 기능은 세이프티 릴레이나 세이프티 PLC에 의해 구현하도록 계획한다.
- 안전 스위치, 라이트 커튼 등 센서 측 장치의 내부 안전 기능(OSSD, EDM 통합 등)을 고려하여, 별도 세이프티 릴레이가 필요한지 판단한다.
- 한 개의 설비에 여러 안전 기능이 존재할 경우, 기능 간 독립성과 확장성, 배선을 고려하여 세이프티 PLC 또는 구성형 세이프티 컨트롤러로 통합할지 결정한다.
4. 기능별 세이프티 릴레이 적용 구분
실제 설비에서 많이 사용하는 안전 기능별로 세이프티 릴레이가 어떻게 적용되는지 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
4.1 비상정지(E-STOP) 회로
- 여러 대의 모터·실린더를 동시에 정지시켜야 하는 설비
- 정지 실패 시 협착·절단·추락 등 중대 재해가 발생할 수 있는 공정
- 여러 개의 비상정지 버튼이 직렬로 연결되는 설비
위와 같은 경우에는 E-STOP 입력을 세이프티 릴레이의 2채널 입력으로 연결하고, 세이프티 릴레이 출력으로 주전원 접촉기(메인 컨택터)를 제어하는 구성이 표준적이다. 이렇게 하면 다음을 달성할 수 있다.
- 버튼 접점의 단선·융착 감지
- 외부 접촉기 피드백(EDM) 감시
- 비상정지 해제 후 의도하지 않은 자동 재시동 방지(수동 리셋)
4.2 안전 게이트·도어 인터록 스위치
위험 영역으로 사람이 출입할 수 있는 기계는 대부분 안전 게이트 또는 도어 인터록 스위치를 갖추어야 한다. 이 경우 세이프티 릴레이는 다음과 같은 역할을 한다.
- 게이트 스위치 2채널 입력의 일치 여부와 타이밍 감시
- 게이트 열림 시 위험부 동력 차단
- 게이트 다시 닫힌 후, 수동 리셋 없이 자동 재시작이 되지 않도록 제어
- 자기보호 기능이 없는 기계형 인터록의 고장 검출
특히 로봇 셀, 대형 프레스, 혼입·협착 위험이 큰 장비에서는 게이트의 잠금(Guard Locking) 기능까지 포함한 안전 인터록과 세이프티 릴레이의 조합이 일반적이다.
4.3 세이프티 라이트 커튼·스캐너
세이프티 라이트 커튼과 안전 스캐너는 인체 접근을 비접촉으로 감지하는 장치이다. 대부분 OSSD(안전 출력)를 제공하며, 이 OSSD를 세이프티 릴레이 입력에 연결하여 안전 회로를 구성한다.
- 라이트 커튼 OSSD를 2채널로 세이프티 릴레이에 입력
- 세이프티 릴레이 출력으로 모터·실린더·프레스 밸브를 차단
- 일부 라이트 커튼은 내부에 외부 디바이스 모니터링(EDM) 기능을 통합하고 있어, 경우에 따라 별도 세이프티 릴레이 없이도 시스템 구성이 가능하다.
4.4 양수조작(두 손 조작) 장치
프레스, 절단기, 크림핑 머신 등에서 많이 사용하는 양수조작 장치는 양 손을 동시에 버튼에 올려놓지 않으면 기계가 동작하지 않도록 하기 위한 장치이다. 여기에는 다음과 같은 요구 사항이 있다.
- 두 버튼의 동시성 시간 제한(예: 0.5초 이내)
- 한 손만 버튼을 누른 상태에서 다른 손으로 위험부에 손을 넣는 행위 방지
- 버튼의 단락·융착 고장 검출
이러한 기능은 일반 PLC만으로 구현하면 규격 요구사항을 만족시키기 어렵기 때문에, 양수조작 전용 세이프티 릴레이 또는 세이프티 컨트롤러를 사용하여 구현하는 것이 원칙이다.
4.5 기타 안전 감지 장치
다음과 같은 안전 감지 장치 역시 세이프티 릴레이 적용 검토 대상이다.
- 안전 매트, 안전 에지, 로프 풀 스위치
- 안전 압력 스위치, 안전 리미트 스위치
- 안전 초음파·레이저 스캐너 등 고급 안전 센서
각 제품의 데이터시트에 명시된 요구 Category 또는 PL, 추천 연결 예시를 참고하여, 전용 세이프티 릴레이 또는 세이프티 컨트롤러 사용 여부를 결정한다.
5. 설비 규모·구조에 따른 세이프티 릴레이 vs 세이프티 PLC 구분
세이프티 릴레이 적용 구분은 단일 기능만을 기준으로 할 수 없고, 설비 전체 구조와 안전 기능 개수도 함께 고려해야 한다.
5.1 소규모 설비 – 세이프티 릴레이 중심
- 단일 기계, 안전 기능 1~3개 수준
- E-STOP, 한두 개의 게이트 스위치, 라이트 커튼 1세트 정도
- 안전 로직이 간단하고, 확장 가능성이 크지 않은 설비
이 경우 각 기능별 세이프티 릴레이를 개별적으로 설치하는 것이 경제적이다. 예를 들어, E-STOP 전용 세이프티 릴레이 1대, 게이트/라이트 커튼 통합용 세이프티 릴레이 1대와 같이 구성한다.
5.2 중·대형 설비 – 구성형 세이프티 컨트롤러 또는 세이프티 PLC
다음과 같은 경우에는 세이프티 릴레이만으로 구성할 경우 배선이 복잡해지고 확장성이 떨어지므로, 세이프티 PLC 또는 구성형 세이프티 컨트롤러를 검토한다.
- 안전 장치가 10개 이상(게이트, 라이트 커튼, 스캐너, 압력 매트 등)인 생산 라인
- 라인 구간별로 안전 기능을 분리·연동해야 하는 복합 셀
- 안전 기능 간 복잡한 로직(예: 구역별 속도 제한, 구역 격리 운전 등)이 필요한 경우
그러나 세이프티 PLC를 도입하더라도, 일부 핵심 회로(메인 E-STOP 등)에 대해 세이프티 릴레이를 보조적으로 사용하는 구조도 흔히 채택된다. 이는 유지보수의 편의성과 일부 기능의 독립성을 확보하기 위한 실무적 선택이다.
6. 회로 구성 관점에서의 세이프티 릴레이 적용 구분
세이프티 릴레이는 단순히 “있다/없다”의 문제가 아니라 회로 구성 방식에 따라 기능이 달라진다. 주요 관점은 다음과 같다.
6.1 단일 채널 vs 이중 채널
- 단일 채널: 한 개의 접점 또는 센서 신호만 사용하는 구조로, 고장 시 안전 기능 상실 위험이 크다.
- 이중 채널: 동일 기능을 두 개의 독립 경로(접점, 센서, 배선)로 구성하고, 세이프티 릴레이가 두 채널의 일치 여부와 타이밍을 감시한다.
PL d/Category 3 이상을 요구하는 회로는 기본적으로 이중 채널 구조와 세이프티 릴레이 감시를 전제로 한다.
6.2 외부 디바이스 모니터링(EDM)
세이프티 릴레이 출력은 대개 주전원 컨택터나 안전 컨택터를 구동한다. 이때 컨택터 접점이 용착되거나 붙어버리면 비상정지 후에도 전원이 차단되지 않는 위험이 발생한다. 이를 방지하기 위해 세이프티 릴레이는 다음을 제공한다.
- 컨택터 보조접점을 세이프티 릴레이 EDM 입력에 연결
- 비상정지 시 컨택터가 실제로 떨어졌는지 확인
- 컨택터가 떨어지지 않았거나 접점이 점착된 경우, 재시동 불가 상태 유지
6.3 자동 리셋 vs 수동 리셋
- 자동 리셋: 보호장치가 복귀되면 자동으로 설비가 다시 동작 가능한 상태가 된다.
- 수동 리셋: 보호장치 복귀 후, 별도의 리셋 버튼을 눌러야만 동작이 가능해진다.
사람이 가까이에서 작업하는 대부분의 위험 기계에는 수동 리셋이 권장되며, 세이프티 릴레이는 수동 리셋 입력을 위해 별도의 단자를 제공한다. 적용 구분의 핵심은 “안전 기능 개입 후 재시동 시, 사람 위치를 다시 확인해야 하는가”이다. 확인이 필요한 경우에는 반드시 수동 리셋을 사용한다.
7. 세이프티 릴레이 선정·적용 체크리스트
세이프티 릴레이를 선택하고 적용할 때는 다음 항목을 순서대로 검토하는 것이 좋다.
7.1 사양 선정 체크 포인트
| 항목 | 확인 내용 | 비고 |
|---|---|---|
| 연결할 안전 장치 종류 | E-STOP, 게이트 스위치, 라이트 커튼, 양수조작 등 | 입력 타입별 호환성 확인 |
| 요구 PL/SIL 수준 | PL d/e, SIL2/3 등 | 제품 인증 등급과 일치해야 한다. |
| 입력 채널 수 | 단일/이중 채널, 장치 개수 | 확장 모듈 필요 여부 검토 |
| 출력 접점 수·용량 | 주전원 컨택터 수, 부하 전류 | 직접 구동/보조 릴레이 사용 여부 |
| EDM 필요 여부 | 컨택터 피드백 모니터링 | EDM 단자 존재 여부 확인 |
| 리셋 방식 | 자동/수동 리셋 지원 여부 | 현장 안전 철학에 맞게 선택 |
| 환경 조건 | 온도, 진동, 보호등급(IP) | 제어반 설치 환경과 일치 여부 |
7.2 적용·검증 순서
- 기계 또는 라인의 위험성 평가 수행
- 각 위험에 대한 안전 기능 정의(E-STOP, 게이트, 라이트 커튼 등)
- 각 안전 기능의 요구 PLr 또는 SILr 산정
- 요구 수준에 맞는 세이프티 릴레이 또는 세이프티 PLC 선택
- 회로도(2채널, EDM, 리셋, 출력 등) 설계
- 실제 배선 및 시운전, 기능 시험 수행
- 정기 검증 절차 수립(시험 주기, 점검 항목, 기록 양식)
8. 사례를 통한 세이프티 릴레이 적용 구분
8.1 단순 프레스기 – 양수조작 + E-STOP
- 위험: 손 협착, 절단
- 안전 기능: 양수조작 장치, E-STOP 버튼 2개
- 요구 수준: PL e 수준
적용 구분은 양수조작 전용 세이프티 릴레이 1대, E-STOP 전용 세이프티 릴레이 1대를 사용하는 구성이다. 양수조작 세이프티 릴레이는 두 버튼의 동시성 및 고장을 감시하고, E-STOP 세이프티 릴레이는 메인 컨택터를 제어한다.
8.2 포장 라인 – 라이트 커튼 + 게이트 인터록
- 위험: 포장기 롤러 협착, 칼날 절단 위험
- 안전 기능: 라이트 커튼 1세트, 게이트 스위치 2개, E-STOP 3개
- 요구 수준: PL d 수준
이 경우 E-STOP, 라이트 커튼, 게이트 스위치를 모두 한 개의 다기능 세이프티 릴레이 또는 구성형 세이프티 컨트롤러로 통합할 수 있다. E-STOP은 공통 메인 컨택터를, 라이트 커튼과 게이트는 해당 구간의 구동부를 차단하도록 로직을 구성한다.
8.3 로봇 셀 – 안전 스캐너 + 도어 인터록 + 속도 제한
- 위험: 로봇 암 충돌, 협착
- 안전 기능: 안전 스캐너, 도어 인터록, 속도/정지 모드 제어
- 요구 수준: PL e/SIL3 수준
이 수준의 설비에서는 세이프티 PLC를 주로 사용하며, 일부 회로(메인 E-STOP, 셀 전체 전원 차단)는 세이프티 릴레이를 별도로 사용해 이중 구조를 구성하기도 한다. 적용 구분의 핵심은 “고급 로직은 세이프티 PLC, 핵심 차단은 세이프티 릴레이”와 같은 역할 분담이다.
8.4 기존 설비의 부분 안전 개선
노후 설비에서 E-STOP 버튼만 추가하거나, 간단한 게이트 스위치를 추가하는 경우 세이프티 릴레이를 추가 설치하는 방식으로 안전 수준을 끌어올릴 수 있다. PLC 프로그램을 크게 수정하지 않고도, 세이프티 릴레이를 통해 주동력을 차단하는 구조를 만들 수 있기 때문에, 개조 프로젝트에서 세이프티 릴레이는 매우 유용한 수단이다.
9. 유지관리 관점의 적용 구분과 운영 포인트
세이프티 릴레이 적용 구분을 정의했다면, 실제 운영 단계에서 다음과 같은 유지관리 기준을 함께 설정해야 한다.
- 정기 점검: E-STOP, 게이트, 라이트 커튼, 양수조작 기능 시험 주기 설정
- 고장 기록: 세이프티 릴레이 트립 이력, 오동작 원인 분석 및 조치 기록
- 교체 기준: 제품 데이터시트에 명시된 기계적·전기적 수명, 동작 횟수 기준에 따른 교체 계획 수립
- 우회 금지 관리: 세이프티 릴레이 임시 우회, 점퍼 선 사용 등 금지 및 승인 절차 마련
FAQ
Q1. 일반 릴레이만으로 비상정지 회로를 만들면 안 되는가?
가능한 회로 자체는 구성할 수 있지만, 일반 릴레이는 접점 융착 감시나 자기진단 기능이 부족하여 요구 PL/SIL을 만족시킬 수 없다. 중대재해를 유발할 수 있는 설비에서는 세이프티 릴레이 또는 세이프티 컨트롤러를 사용하는 것이 원칙이다.
Q2. 라이트 커튼이 안전 출력(OSSD)을 제공하는데, 꼭 세이프티 릴레이가 필요하냐?
일부 라이트 커튼은 내부에 세이프티 릴레이 기능을 내장하고 있어, 단일 설비에서는 별도 세이프티 릴레이 없이도 사용할 수 있다. 그러나 여러 안전 장치와 함께 동작시키거나, EDM, 복수 구간 제어 등 복잡한 로직이 필요한 경우에는 외부 세이프티 릴레이 또는 세이프티 PLC를 사용하는 것이 바람직하다.
Q3. 세이프티 PLC가 있으면 세이프티 릴레이는 필요 없는가?
반드시 그렇지는 않다. 세이프티 PLC가 전체 라인을 통합 제어하더라도, 메인 E-STOP 회로나 일부 핵심 회로에는 세이프티 릴레이를 병행 사용하여 독립성을 확보하는 구성이 종종 사용된다. 설비 규모와 위험도, 유지보수 체계를 고려하여 역할을 분담하는 것이 좋다.
Q4. 세이프티 릴레이의 교체 주기는 어떻게 정하는가?
제품 데이터시트에 제시된 전기적·기계적 수명(동작 횟수)을 기준으로 하되, 설비 가동 빈도, 진동, 온도, 부하 조건을 반영하여 보수적으로 설정하는 것이 좋다. 최소한 정기 점검 시 기능 시험을 수행하고, 비정상 트립·오동작 이력이 있는 제품은 조기 교체를 고려한다.
Q5. 기존 소형 설비에 E-STOP 버튼 한 개만 추가하는 경우에도 세이프티 릴레이가 필요한가?
위험도가 낮고, 정지 실패 시 중대한 상해 위험이 없으며, 별도의 안전 규격 요구가 없는 경우라면 예외적으로 일반 회로로 처리하는 사례도 존재한다. 그러나 사람과 기계가 근접하여 작업하는 대부분의 공정에서는 E-STOP 회로를 안전 기능으로 간주하므로, 세이프티 릴레이 적용을 기본으로 검토하는 것이 안전하고, 향후 규정 강화에도 유리하다.