이 글의 목적은 프레스 작업장에서 광전자식 안전장치를 사용해 금지구역을 설정할 때 필요한 안전거리 계산, 센서 위치 선정, 인터록 및 점검 방법을 체계적으로 정리하여 현장에서 바로 적용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 프레스 금지구역과 광전자식 안전장치의 기본 개념
프레스는 슬라이드가 하강하면서 금형 사이에 소재를 가공하는 설비로, 손 끼임·절단 등 중대재해 위험이 높은 대표적인 기계이다.
금지구역이란 프레스 슬라이드, 금형, 가이드 포스트 등 위험점 주변에서 인체가 접근해서는 안 되는 영역을 말하며, 통상 위험점으로부터 일정 거리 이내의 공간을 포함한다.
광전자식 안전장치는 빔(광축)을 통해 보이지 않는 방호벽을 형성하고, 작업자가 손이나 팔로 이 영역을 차단하면 프레스에 급정지 신호를 보내어 슬라이드를 정지시키는 장치이다.
따라서 프레스 주변 금지구역을 설정할 때는 단순히 바닥 라인만 표시하는 것이 아니라, 광전자식 안전장치의 방호영역과 연계하여 “실제로 인체가 접근하면 즉시 정지하고 재가동 전까지 위험이 제거된 상태를 유지하는 체계”로 설계해야 한다.
특히 금지구역 설정과 안전거리 계산은 산업안전보건법 및 관련 기술지침에서 요구하는 사항에 해당하므로, 개별 사업장의 임의 판단이 아니라 표준화된 방법에 따라 수행해야 한다.
2. 관련 법규·기준에서 요구하는 사항 개요
프레스와 전단기는 국내 산업안전보건 규정에서 유해·위험 기계기구로 분류되며, 방호장치 설치와 관련해 다음과 같은 요구사항을 가진다.
- 위험한 동작부(슬라이드, 크랭크, 플라이휠 등)에 대해 가드, 양수조작식, 광전자식 등 적정한 방호방법을 선택하여 적용해야 한다.
- 광전자식 안전장치를 사용할 경우, 광축이 위험점으로부터 충분한 안전거리를 확보하도록 설치해야 한다.
- 방호장치가 작동하여 프레스를 정지했을 때, 작업자가 재가동 버튼을 조작하지 않는 한 자동으로 다시 동작해서는 안 된다.
- 방호장치를 임의로 무력화하거나 우회하는 행위를 금지하고, 그러한 조작이 발생하지 않도록 구조적으로 설계해야 한다.
- 프레스 주변 바닥에 금지구역, 대기구역, 작업구역 등을 명확히 구분 표시하여, 방호장치 운용과 연계된 작업동선을 확보해야 한다.
이러한 요구사항을 충족하려면 광전자식 안전장치 자체의 성능뿐 아니라, 안전거리 계산, 인터록 회로, 재가동 로직, 현장 표시(바닥 라인, 표지판)까지 통합적으로 고려하여 금지구역을 설계해야 한다.
3. 광전자식 안전장치 안전거리 계산 원리
광전자식 안전장치의 안전거리란, 작업자가 광선에 손을 넣어 차단했을 때 슬라이드가 완전히 정지할 때까지 이동하는 동안 손이 위험점에 도달하지 않도록 확보해야 하는 최소 거리이다.
실무와 국가기술자격 문제에서 널리 사용하는 기본식은 다음과 같다.
D(mm) = 1.6 × T(ms)
D : 안전거리(mm)
1.6 : 손의 접근 속도 (1.6 m/s 가정)
T : 손이 광선을 차단한 순간부터 슬라이드가 정지할 때까지의 총 시간(ms)
총 시간 T는 보통 다음 두 시간을 합산하여 산정한다.
- Tc : 광전자식 안전장치가 신체를 감지한 후 급정지기구가 작동을 시작하기까지의 시간(ms)
- Ts : 급정지기구가 작동을 시작한 때부터 슬라이드가 완전히 정지할 때까지의 시간(ms)
따라서 총 시간은 다음과 같이 표현한다.
T(ms) = Tc + Ts D(mm) = 1.6 × (Tc + Ts) 3.1 예시: 급정지 시간 200ms일 때 안전거리
프레스에서 광선을 차단한 후 슬라이드가 완전히 정지하는 데 0.2초(=200ms)가 걸린다고 가정한다.
- T = 200ms
- D = 1.6 × 200 = 320mm
따라서 광전자식 안전장치의 광축은 위험점(금형 맞물림부)을 기준으로 최소 320mm 이상 떨어진 위치에 설치해야 한다.
3.2 예시: 광전자식 반응시간과 급정지시간을 나누어 아는 경우
다음과 같은 조건을 가정한다.
- 광선 차단 후 방호장치가 급정지신호를 출력하기까지 시간 Tc = 40ms
- 급정지신호 출력 후 슬라이드가 정지할 때까지 시간 Ts = 60ms
이때 총 시간 T와 안전거리는 다음과 같이 계산한다.
T = Tc + Ts = 40 + 60 = 100ms D = 1.6 × 100 = 160mm 실제 설계에서는 계산값에 추가 여유를 두거나, 측정 편차를 고려하여 약간 더 큰 값으로 안전거리를 설정하는 것이 일반적이다.
3.3 안전거리 계산에 필요한 데이터 정리
| 항목 | 기호 | 설명 | 단위 |
|---|---|---|---|
| 광선 감지 후 급정지기구 작동 개시까지 시간 | Tc | 광전자식 안전장치의 응답 + 제어회로 지연 | ms |
| 급정지기구 작동 개시 후 슬라이드 완전 정지까지 시간 | Ts | 프레스 브레이크 성능에 의해 결정되는 급정지 시간 | ms |
| 총 도달시간 | T | T = Tc + Ts | ms |
| 안전거리 | D | D = 1.6 × T (손 속도 1.6m/s 가정) | mm |
4. 프레스 금지구역 및 광전자식 안전장치 설정 절차
프레스 작업장에서 금지구역과 광전자식 안전장치를 설정하는 실무 절차를 단계별로 정리하면 다음과 같다.
4.1 위험점·작업영역 파악
- 해당 프레스의 금형 위치, 슬라이드 스트로크, 소재 투입 방향을 도면과 실제 설비에서 모두 확인한다.
- 손 투입이 예상되는 위치(전면, 측면, 후면)와 조작 스위치 위치를 파악한다.
- 금지구역의 기준이 되는 “위험점”을 금형 맞물림점 또는 손 끼임 가능 지점으로 정의한다.
4.2 급정지 시간 측정 및 안전거리 산정
정확한 안전거리를 설정하려면 프레스의 실제 급정지 시간을 측정해야 한다.
- 급정지 시간 측정기를 슬라이드 또는 크랭크 축에 센서로 부착한다.
- 프레스를 정상 동작 상태로 운전한 뒤, 비상정지 또는 방호장치 신호를 입력하여 슬라이드 정지까지 시간을 측정한다.
- 여러 번 측정하여 최대값(가장 오래 걸린 시간)을 사용한다.
측정된 시간을 기반으로 다음과 같이 안전거리를 계산한다.
예) Tc = 40ms, Ts = 80ms
T = 40 + 80 = 120ms
D = 1.6 × 120 = 192mm
이때 192mm는 최소값이므로, 설계 시에는 200mm 또는 그 이상으로 올려 적용하는 것이 일반적이다.
4.3 광축 설치 위치·높이 결정
광전자식 안전장치를 이용해 프레스 금지구역을 설정할 때는 다음 사항을 고려해야 한다.
- 위험점으로부터 계산된 D 이상 떨어진 위치에 광축의 가장 가까운 빔이 오도록 한다.
- 바닥으로부터의 광축 높이는 손·팔이 통과할 수 있는 범위를 충분히 덮도록 한다.
- 광축 하단과 바닥 사이 틈새가 너무 크면 하부로 기어들어가는 위험이 발생하므로, 필요시 하단 빔을 낮추거나 기계 하부를 고정 가드로 막는다.
- 위쪽으로 손을 뿌려 넣을 수 있는 구조라면 광축 높이를 올리거나, 상부 가드를 추가하여 우회 접근을 방지한다.
주의 : 단순히 계산된 D만 맞추고 상·하부 우회 경로를 방치하면, 작업자가 광선을 피해서 손을 넣을 수 있어 금지구역이 실질적으로 무력화된다.
4.4 프레스 제어계와의 인터록 설정
광전자식 안전장치가 금지구역을 신뢰성 있게 보호하려면, 프레스 제어계와의 인터록을 다음과 같이 구성해야 한다.
- 광축 차단 시 슬라이드 구동용 솔레노이드 밸브 또는 모터 접촉기를 직접 차단하는 안전회로를 사용한다.
- 단일 릴레이가 아니라, 강제유도접점이 있는 2채널 구조와 진단 기능(EDM)을 가진 안전릴레이·안전 PLC를 사용하는 것이 바람직하다.
- 광전자식 안전장치에서 오류 또는 내부 고장을 진단하면 프레스가 자동으로 정지하고, 오류 해제 전까지 기동이 안 되도록 설정한다.
- 슬라이드가 위험범위에 있을 때는, 광선 차단이 해제되더라도 자동으로 재시작되지 않도록 수동 재가동 로직을 적용한다.
주의 : 광전자식 안전장치를 단순한 보조 센서처럼 일반 입·출력에 연결하면, 릴레이 접점이 붙거나 소프트웨어 오류 시에도 프레스가 계속 동작하여 중대재해로 이어질 수 있다.
4.5 금지구역 바닥 표시 및 출입 관리
광전자식 안전장치가 만들어내는 보이지 않는 방호벽을 현장에서 이해하기 쉽도록 시각적으로 표시하는 것이 중요하다.
- 위험점 기준으로 계산된 안전거리 D를 따라 바닥에 금지구역 한계선을 도색한다.
- 금지구역 외측에는 작업자가 대기하는 안전 대기선, 소재 공급 위치 등을 추가로 표시한다.
- “프레스 금지구역 출입 금지”, “광전자식 안전장치 임의 조작 금지” 등의 표지판을 프레스 전면에 부착한다.
- 작업 표준서와 안전교육 자료에 금지구역 정의와 광전자식 안전장치의 역할을 명확히 반영한다.
5. 광전자식 안전장치 주요 설정 항목과 실무 기준
실제 프레스에 광전자식 안전장치를 적용할 때는 단순히 안전거리만 맞추는 것이 아니라, 장치 내부 설정값을 작업형태에 맞게 조정해야 한다.
5.1 감지 분해능(해상도) 설정
감지 분해능은 빔 사이 간격에 해당하며, 손·팔을 검출할 것인지, 손가락 수준까지 검출할 것인지에 따라 적정 사양을 선택해야 한다.
- 손·팔 검출용: 보통 20~40mm 수준의 해상도를 사용한다.
- 손가락 검출용: 14mm 이하의 높은 해상도를 사용한다.
프레스 금지구역에서는 대개 손·팔 기준의 검출이면 충분하나, 소형 정밀 프레스에서 금형이 협소하고 손가락 끼임 위험이 크다면 손가락 검출용을 고려한다.
5.2 재기동 방식(자동/수동) 설정
광전자식 안전장치는 광선 차단이 해제된 직후 기계를 자동 재기동할 것인지, 별도의 기동 버튼을 눌렀을 때만 재기동할 것인지 설정할 수 있다.
- 프레스와 같이 고위험 장비에서는 수동 재기동 방식을 사용하는 것이 원칙이다.
- 즉, 광선이 차단되었다가 다시 개통되더라도, 작업자가 양수조작 버튼 또는 별도의 재기동 버튼을 조작해야만 슬라이드가 다시 움직이도록 해야 한다.
주의 : 자동 재기동으로 설정하면 작업자가 금지구역에서 물체를 치우는 과정에서 광선이 열리는 순간 슬라이드가 재동작할 수 있어, 특히 금형 내부 청소나 이물 제거 작업에서 중대한 위험이 발생한다.
5.3 블랭킹(blanking)·뮤팅(muting)의 제한적 사용
일부 광전자식 안전장치는 특정 빔을 무시하는 블랭킹 기능이나, 물체(부품·파레트)가 통과할 때 일시적으로 방호 기능을 우회하는 뮤팅 기능을 제공한다.
- 프레스 금지구역에서는 작업자 접근 방지 기능이 핵심이므로, 블랭킹·뮤팅을 남용하면 방호 기능 자체가 무력화될 수 있다.
- 부득이하게 소재 공급을 위해 사용해야 한다면, 사람 대신 소재만 통과할 수 있는 방향·타이밍에 한정하여 설계해야 한다.
- 블랭킹·뮤팅 조건이 충족되지 않으면 프레스가 동작하지 않도록 안전 PLC에서 엄격하게 로직을 구성한다.
5.4 외부 장치 모니터링(EDM) 설정
EDM(External Device Monitoring)은 접촉기, 밸브 등 외부 출력 장치가 실제로 올바르게 차단·복귀되는지 감시하는 기능이다.
- 광전자식 안전장치는 EDM 피드백을 통해 외부 접촉기 접점이 용접(붙음)되어도 이를 감지하여 기동을 차단한다.
- 프레스 제어반에서 안전 접촉기의 보조 접점을 안전장치 EDM 단자에 연결하여, 접점 상태 이상 시 오류로 판단하고 재기동을 불허해야 한다.
5.5 유지보수·점검 모드 설정
금형 교환 등 유지보수 작업 시에는 프레스 속도를 크게 낮추거나, 슬라이드를 기계식 스토퍼로 고정한 상태에서만 광전자식 안전장치를 일시적으로 해제할 수 있도록 설계해야 한다.
- 정상 운전 모드에서는 광전자식 안전장치 우회가 불가능하도록 키 스위치 등으로 권한을 제한한다.
- 점검 모드에서는 저속 조깅·인치 방식으로만 움직이도록 하고, 별도 승인 절차를 운영한다.
주의 : 점검 모드 설정을 단순 비밀번호 수준으로만 관리하면, 현장에서 편의상 상시 점검 모드로 사용하는 “편법”이 발생할 수 있으므로, 물리적 키와 절차적 통제를 병행해야 한다.
6. 금지구역 설정 후 검증 및 정기 점검 체크리스트
프레스 금지구역과 광전자식 안전장치를 설정한 후에는 초기 검증과 정기 점검을 통해 항상 동일 수준의 안전 기능이 유지되고 있는지 확인해야 한다.
6.1 설치 후 검증 절차
- 안전거리 계산서(측정값, 계산식, 최종 D값)를 작성하여 보관한다.
- 측정용 블록 또는 자를 이용하여 실제 광축까지의 거리를 실측하고, 계산값 이상임을 확인한다.
- 프레스가 최대 속도로 운전되는 조건에서 광선을 차단하고, 슬라이드가 위험점에 도달하기 전에 멈추는지 육안 및 측정장비로 확인한다.
- 광선을 차단한 상태에서는 양수조작 버튼을 눌러도 슬라이드가 움직이지 않는지 시험한다.
- 슬라이드가 정지한 후, 광선이 개통되더라도 자동 재기동이 되지 않고, 반드시 재기동 조작이 필요함을 확인한다.
6.2 정기 점검 항목 표
| 점검 항목 | 점검 방법 | 주기 |
|---|---|---|
| 광축 오염·가림 여부 | 센서 전면의 오염, 스티커, 이물 부착 여부 육안 확인 | 매일 작업 전 |
| 안전거리 유지 여부 | 바닥 표시선·설비 이전 여부 확인 및 필요 시 재측정 | 월 1회 및 레이아웃 변경 시 |
| 정지 시간 변화 여부 | 급정지 시간 측정기로 T값 재측정 후 초기값과 비교 | 반기 1회 이상 |
| 재기동 로직 검증 | 광선 차단 후 복귀 시 자동 재기동이 되지 않는지 시험 | 월 1회 |
| EDM 및 오류 표시 기능 | 접촉기 한 상을 강제 차단하는 등 시험으로 오류 검출 확인 | 연 1회 이상 |
| 금지구역 바닥 표시 상태 | 마모·훼손 여부 확인 후 필요 시 재도색 | 분기 1회 |
FAQ
Q1. 프레스 급정지 시간이 길어져 안전거리가 너무 멀어질 때는 어떻게 해야 하나?
급정지 시간이 길어지면 안전거리 D가 선형적으로 증가하기 때문에, 작업성이 크게 떨어질 수 있다. 이 경우에는 브레이크·밸브 성능을 개선하여 Ts를 줄이거나, 슬라이드 질량·속도를 조정하여 실제 정지 시간을 감소시켜야 한다. 기계적·유압적 개선 없이 안전거리만 줄이는 것은 원칙적으로 허용되지 않는다.
Q2. 광전자식 안전장치가 설치되어 있으면 금지구역 바닥 표시를 하지 않아도 되는가?
그렇지 않다. 광전자식 안전장치는 보이지 않는 방호벽을 제공하지만, 작업자가 실제 어느 위치까지 접근해도 되는지 직관적으로 알기 어렵다. 바닥에 금지구역·대기구역을 명확히 구분 표시해야 작업 동선이 정리되고, 신입·협력업체 인원도 위험영역을 쉽게 인식할 수 있다.
Q3. 광전자식 안전장치 일부 빔을 블랭킹하여 통로를 만들면 안 되는 이유는 무엇인가?
일부 빔을 블랭킹하면 해당 높이에서는 손·팔이 통과해도 프레스가 정지하지 않는다. 특히 프레스 전면에서 소재를 들고 작업할 때, 블랭킹된 구간으로 손이 자연스럽게 드나들 수 있어 금지구역이 사실상 해제되는 효과가 발생한다. 따라서, 사람 통로가 되는 방향에는 가급적 블랭킹을 허용하지 않는 것이 안전하다.
Q4. 급정지 무효 안전거리란 무엇이며, 금지구역 설정에 어떤 의미가 있는가?
급정지 무효 안전거리란, 작업자가 광선을 차단했을 때 기계가 멈추더라도 슬라이드가 계속 관성으로 이동하여 결국 위험점에 도달하는 구간을 의미한다. 예를 들어 브레이크가 노후되어 Ts가 증가하면, 계산상 안전거리 이하의 구간에서는 실질적으로 방호 효과가 사라질 수 있다. 금지구역 설정 시에는 초기 계산뿐 아니라, 정기적으로 급정지 시간을 재측정하여 급정지 무효 구간이 발생하지 않도록 관리해야 한다.
Q5. 프레스 후면이나 측면에는 광전자식 안전장치를 설치하지 않아도 되는가?
작업자가 후면·측면으로 접근할 수 없도록 고정 가드나 벽으로 완전히 차단되어 있다면 추가 광전자식 방호가 필요하지 않을 수 있다. 그러나 통로가 있거나 유지보수 시 후면 접근이 빈번하다면, 해당 방향에 대해서도 광전자식 안전장치 또는 인터록 가드를 설치하여 금지구역을 입체적으로 보호하는 것이 바람직하다.