PLC 전장·제어 노트 5 — 노이즈·접지와 E-Stop 3원칙

제1원리 질문. R2R 라인에서 비상정지는 왜 ‘즉시 전원 차단’이 항상 정답이 아닌가. 관성이 큰 롤을 전원 차단으로 자유 정지시키면 웹이 끊어지고 롤이 관성으로 풀려 더 위험해질 수 있어, 제어 감속 후 차단하는 방식을 리스크 평가로 골라야 하기 때문이다.

핵심 — 노이즈 대책의 우선순위

교재 3.2절은 인버터·서보 드라이브가 수 kHz~수십 kHz로 전압을 스위칭(PWM)하며 만드는 고주파 노이즈의 경로를 두 가지로 든다. 전원선·접지선을 타고 이동하는 전도 노이즈, 동력선과 신호선이 평행 배선될 때 침투하는 유도 노이즈다. 교재 예로 4~20 mA 로드셀 신호에 수백 mV의 리플이 실리면 장력 제어가 흔들린다.

교재의 기계적 비유는 각각 방진 분리 배치, 방진 커버, 유압 라인의 어큐뮬레이터(맥동 흡수)다.

접지는 두 종류를 구분한다. 신호 접지(SG, signal ground)는 아날로그 신호의 기준 전위이고, 프레임 접지(FG, frame ground)는 감전 방지·노이즈 방류용 대지 접지다. 두 접지를 판넬 안에서 아무 데나 이으면 인버터가 FG로 흘려보낸 노이즈 전류가 SG로 역류해 센서 기준 전위를 흔든다. 원칙은 모든 접지선을 한 점(접지 부스바)으로 모아 대지로 내리는 1점 접지(single point ground)이고, 교재는 이를 유압 탱크로 모든 리턴 라인을 모으는 사상에 비유한다.

공학적 근거 — LOTO와 E-Stop 3원칙

3.3절의 LOTO(Lockout/Tagout)는 정비 전 에너지원을 차단하고 자물쇠·꼬리표로 잠그는 절차다. 교재는 전기뿐 아니라 압축 공기, 유압 어큐뮬레이터의 축압, 스프링의 탄성 에너지, 상승 위치 기구의 위치 에너지까지 방출·구속해야 완결된다고 강조한다.

사례 적용 — R2R 라인의 정지 카테고리

교재는 관성이 큰 R2R 라인을 카테고리 0으로 끊으면 웹(web)이 끊어지고 롤이 관성으로 풀려 더 위험할 수 있어, 리스크 평가에 따라 카테고리 1(서보로 급감속 후 차단)을 고르는 경우가 많다고 적는다. 그리고 어느 카테고리로 세울지는 기계 설계자가 관성과 정지 거리를 계산해서 답해야 하는 질문이라고 못박는다. 세이프티 PLC(미쓰비시 MELSEC Safety, 지멘스 F-CPU)는 이 안전 회로를 이중화 연산·자기 진단이 내장된 전용 CPU로 소프트웨어 구성하는 방식이다.

용어 메모

이번 편에 나온 용어를 교재 표기 그대로 영문과 함께 한 줄씩 정리했다.

내 해석 — Rhymbro가 읽은 것

정지 카테고리가 ‘기계 설계자가 관성과 정지 거리를 계산해서 답해야 하는 질문’이라는 문장이 이 절의 핵심으로 읽혔다. 안전 회로는 전장의 영역처럼 보이지만, 그 사양을 정하는 입력값은 롤의 관성 모멘트와 웹 장력 같은 기구 쪽 숫자다.

LOTO 목록에 스프링 에너지와 상승 기구의 위치 에너지가 들어 있다는 점도 기억해 둔다. 전기를 끊는 것으로 끝나지 않고, 기구 설계 단계에서 잔류 에너지를 풀거나 구속할 수단을 미리 넣어 둬야 LOTO가 가능해진다.

한계로, 교재는 정지 카테고리 선택을 리스크 평가에 맡기고 있어 이 글만으로 특정 장비의 카테고리를 정할 수는 없으며, 실제 적용은 ISO 13849-1과 IEC 60204-1 원문 기준의 평가가 필요하다.

요약

그래서 나는 무엇을 하기로 했나

이번 주는 설계 중인 권출·권취부의 롤 관성과 라인 속도로 카테고리 1 감속 정지 시간을 계산하는 시트를 만들고, LOTO 대상 잔류 에너지 목록(공압·스프링·위치 에너지)을 기구별로 정리하기로 했다.

개념과 표의 값은 개인 학습용으로 정리한 이차전지 R2R 전장·PLC 제어 통합교재의 해당 절(본문·현장에서는·확인 문제)을 바탕으로 다시 썼다. 교재의 비유와 용어는 그대로 옮겼고, ‘가정’으로 표시한 수치는 설명용이다.

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