ISO 13849-1 심화 과정 : 왜 로봇과 자동화 설비는 PL d를 요구할까요?

PL d 심화 교육: 제어 시스템 안전 가이드

PL d Education

Module 1: 정의
Module 2: 달성 조건
Module 3: 회로 구성
Module 4: 검증

ISO 13849-1 심화 과정

산업 안전의 표준,

Performance Level d (PL d)

왜 로봇과 자동화 설비는 PL d를 요구할까요?

위험한 고장 확률을 1,000만 분의 1로 줄이는 설계 노하우를 학습합니다.

Module 1. PL d의 정의와 의미

얼마나 안전해야 PL d인가?

시간당 위험 고장 확률 (PFHd)

PL 등급은 단순히 “안전하다”는 말이 아닙니다.

**“1시간 동안 운전했을 때 위험한 고장이 발생할 확률”**을 수치화한 것입니다.

PL
PFHd (1/h)
신뢰도 수준

PL c
≥ 10-6 ~ < 3 × 10-6
백만 분의 1

PL d
≥ 10-7 ~ < 10-6
천만 분의 1

PL e
≥ 10-8 ~ < 10-7
일억 분의 1

왜 로봇은 PL d인가?

심각한 상해 (Severity)
로봇 충돌 시 골절, 절단, 사망 사고 가능성 있음.

빈번한 노출 (Frequency)
자동화 라인에서 작업자가 로봇 주변에 자주 접근함.

회피 가능성 (Possibility)
저속 운전 시 등 특정 조건에서 피할 수 있음.

Risk Assessment 결과 ⇒ 최소 PL d 요구

Module 2. PL d 달성 레시피 (Recipe)

PL d를 달성하기 위한 가장 표준적인 설계 조합

The Golden Formula for PL d

가장 많이 사용되는 “Category 3” 기반 구성

Category 3

구조적 요구사항

이중화 (Redundancy)
단일 고장이 발생해도
안전 기능 상실 없음

MTTFd

부품의 신뢰성 (수명)

Medium ~ High
고장이 잘 안 나는
인증된 부품 사용 (B10d 값 확인)

DCavg

진단 커버리지

Low ~ Medium
입출력 상태를
크로스 체크(Feedback) 함

참고: Category 2(단일 채널 + 테스트)로도 이론상 PL d 달성은 가능하지만, 로봇 시스템에서는 제어 복잡성과 테스트 주기의 한계로 인해 Category 3(이중화)가 산업 표준으로 통용됩니다.

Module 3. 실전 회로 구성 (Category 3)

입력부터 출력까지 완벽한 이중화 구성 예시

INPUT

비상 정지 버튼

NC 1

NC 2

★ 2접점 (이중화)

LOGIC

안전 PLC / 릴레이

Channel A Processing

Channel B Processing

Cross Monitoring (교차 감시)

OUTPUT

동력 차단 (MC)

MC 1

MC 2

★ 직렬 연결 (Redundancy)

EDM (External Device Monitoring) Feedback Loop

흔한 실수 (PL d 실패 원인)

단일 접점 사용: 비상 정지 버튼을 1개 접점만 연결함. (Cat 1 이하)
일반 PLC 사용: 안전 기능(Safety Function)을 일반 PLC 로직으로 처리. (진단 불가)
오류 마스킹 (Fault Masking): 여러 비상 정지 버튼을 단순 직렬로 연결하여 고장 감지 실패.

성공 포인트 (Check Point)

EDM 필수: 출력 MC의 보조 접점(NC)을 안전 컨트롤러로 되먹임(Feedback)하여 융착 감지.
CCF 고려: 케이블 배선을 분리하거나 쉴드 처리하여 노이즈에 의한 동시 고장 방지.

Module 4. 검증 및 소프트웨어

복잡한 PL 계산을 수기로 하는 것은 실수가 많습니다. 산업 현장에서는 검증 소프트웨어를 사용합니다.

PAScal
Pilz 사의 안전 계산 소프트웨어

SISTEMA
IFA에서 제공하는 무료 표준 툴 (가장 널리 사용)

Education Material

Based on EN ISO 13849-1:2015

Advanced Safety Training