ISO 13849는 안전 관련 제어 시스템이 위험 상태를 감지하고 정의된 안전 반응을 명령하며, 구조에 필요한 고장을 허용하고, 위험 기반 목표에 맞게 검증될 때 공압 기계를 보호합니다. 하나의 보편적인 “ISO 13849 회로”를 규정하는 것은 아니며 안전 정격 밸브 하나만으로 기계가 적합해지지는 않습니다.
공압 축의 요구 반응은 압력 배기, 하중 유지, 예기치 않은 전진 방지, 안전 위치 복귀 또는 여러 조치의 결합일 수 있습니다. 올바른 선택은 위험 분석에서 나옵니다. 예를 들어 수직 실린더를 배기하면 낙하 위험을 없애기는커녕 만들 수 있습니다.
핵심 요점
- 밸브나 센서를 선택하기 전에 각 안전 기능과 안전 상태를 정의합니다.
- 기계 위험성 평가와 해당 type-C 표준에서 요구 성능 수준 PLr을 정합니다.
- Category, MTTFd, DCavg, CCF, 체계적 조치, 소프트웨어, 서브시스템 인터페이스가 달성 PL에 모두 영향을 줍니다.
- 정확한 부품과 작동 조건에 대한 제조사 신뢰성 데이터를 사용하고 일반 B10D 값을 대입하지 않습니다.
- SISTEMA는 계산과 문서화를 지원하지만 위험성 평가나 기계 검증을 수행하지 않습니다.
- 안전 배기, 하중 유지, 잠금표시(LOTO)는 서로 다른 문제를 해결합니다.
David Li의 현장 메모
공압 안전 개념을 검토할 때 가장 흔한 시작 오류는 안전 상태를 정의하기 전에 밸브를 고르는 것입니다. 저는 세 가지를 먼저 묻습니다. 어떤 움직임 또는 저장 에너지가 사람을 해칠 수 있는가? 어떤 물리 상태가 그 위험을 없애는가? 관련 고장 뒤에도 기계가 그 상태에 도달했음을 어떤 시험으로 입증할 것인가?
이 질문은 설치 변경이 되기 전에 빠진 하중 유지, 잔압, 재기동 요구사항을 드러냅니다. 세 질문에 모두 답하지 못하면 “PL e 밸브” 주문은 이릅니다. 부품 라벨로 정의되지 않은 안전 기능을 보완할 수 없습니다.
공압 기계에서 ISO 13849가 적용되는 범위
ISO 13849-1:2023은 고수요 및 연속 모드의 제어 시스템 안전 관련 부분(SRP/CS)을 설계하고 통합하는 방법론을 제공합니다. 기술 중립적이므로 전기, 유압, 공압, 기계, 소프트웨어 요소가 하나의 안전 기능을 구성할 수 있습니다.
표준은 특정 기계에 안전 기능이나 PLr을 지정하지 않으며 모든 공압 적용에 Category 3, Category 4, 이중 밸브, 다양한 센서 또는 PL d가 필요하다고 말하지도 않습니다. 위험성 평가, 필요한 위험 감소, 선택 구조, 기계별 표준에 따라 결정합니다.
안전 기능은 식별된 위험 하나를 줄이는 기계 반응, PLr은 그 기능에 필요한 성능 수준, 달성 PL은 완전한 안전 관련 제어 설계가 입증한 결과입니다. 하나의 부품 인증서에서 복사할 수 없습니다.
| 용어 | 의미 | 의미하지 않는 것 |
|---|---|---|
| 안전 기능 | 특정 위험을 줄이는 정의된 제어 시스템 동작 | 기계가 안전하다는 일반적 약속 |
| PLr | 안전 기능 하나에 필요한 성능 수준 | 설계가 이미 달성한 PL |
| PL | 완전한 안전 관련 제어 기능의 달성 성능 | 부품 하나에서 자동 상속되는 라벨 |
| Category | 지정 구조의 고장 허용 및 진단 거동 | 완전한 신뢰성 계산 |
| MTTFd | 채널 또는 서브시스템의 위험 고장 평균 시간 | 예상 서비스 수명이나 증명 시험 주기 |
| DCavg | 위험 고장에 대한 평균 진단 커버리지 | 모든 가능한 고장의 검출 백분율 |
| CCF | 다중 채널 공통 원인 고장 대책 | 모든 조건에서 두 채널이 독립이라는 증명 |
| SIL | IEC 62061 같은 표준의 기능 안전 무결성 척도 | ISO 13849 Category 3 또는 4의 다른 이름 |
ISO 13849는 a부터 e까지 PL을, IEC 62061은 SIL을 사용합니다. 두 표준 적합성을 선언하는 제품도 있지만 기계 문서에서 방법과 용어를 섞지 마십시오.
1단계: 안전 기능과 안전 상태 정의
ISO 12100:2010은 제어 시스템 설계에 앞서는 기계 위험성 평가와 위험 감소 프레임워크입니다. 작업, 노출자, 위험원, 위험 사건, 운전 모드, 심각도, 노출, 회피 가능성을 식별하고 제어 조치에 의존하기 전에 본질 안전 설계와 가드를 적용합니다.
“실린더를 안전하게 정지”는 너무 모호합니다. 측정 가능한 안전 기능 사양에는 다음이 포함됩니다.
- 트리거: 가드 열림, 라이트 커튼 차단, 비상 정지, 피드백 손실 또는 정의된 사건
- 위험: 압착, 전단, 충격, 비산, 하중 낙하, 잔압, 예기치 않은 재기동
- 요구 반응: 구동 압력 제거, 전진 방지, 정지·유지, 안전 위치 이동 또는 정의된 동작
- 안전 상태 기준: 최대 허용 이동, 압력 임계값, 힘, 속도, 정지 시간 또는 위치
- 리셋 거동: 리셋 권한과 위치, 리셋이 동작을 시작해도 되는지 여부
- 운전 모드: 자동, 설정, 청소, 고장 복구, 정비에 필요한 별도 보호 조치
- PLr: 개별 안전 기능의 위험 기반 목표
가드가 있는 수평 로드리스 실린더 이송은 “자동 운전 중 접근 가드가 열리면 추가 위험 캐리지 동작과 자동 재기동을 막고, 가드를 닫은 뒤 의도적인 리셋을 완료해야 재기동”하는 기능을 가질 수 있습니다. 수요 뒤 허용 이동과 출력단 구현도 정의해야 합니다.
같은 기계에 별도의 비상 정지, 안전 압력 방출, 예기치 않은 기동 방지 기능이 필요할 수 있으며 경계와 PLr도 다를 수 있습니다.
2단계: 위험 그래프를 달성 PL 계산으로 오해하지 않고 PLr 결정
ISO 13849 위험 그래프는 상해 심각도, 노출 빈도·지속 시간, 회피·제한 가능성을 고려해 안전 기능의 PLr을 정합니다. 하드웨어와 소프트웨어가 달성한 PL을 계산하지는 않습니다.
위험과 기능을 정의한 후에만 그래프를 사용하고 각 S, F, P 선택 이유를 기록하십시오. 해당 type-C 기계 표준이 더 직접적인 요구를 지정하는지도 확인합니다. 실린더가 크다는 이유만으로 PL d를 지정하거나 대부분의 공압 기계가 PL c 또는 PL d라고 가정하지 마십시오.
속도, 접근 빈도, 시야, 탈출 공간, 교육, 부하, 사전 경고 등 회피와 노출 가정도 기록합니다. 가정이 바뀌면 PLr을 다시 평가합니다.
3단계: 전체 입력-로직-출력 구조 설계
밸브 하나가 아니라 안전 기능 전체를 모델링합니다.
계산은 안전 관련 제어 체인을 다루고, 검증은 설치된 기계의 반응과 고장 거동을 확인합니다.
- 입력: 가드 스위치, 라이트 커튼, 양수 조작, 비상 정지, 압력 스위치, 위치 센서
- 로직: 안전 릴레이, 구성 가능 안전 제어기 또는 안전 PLC와 안전 관련 응용 소프트웨어
- 출력: 접촉기, 모니터링 공압 밸브, 제동·유지 장치, 상태 확인용 피드백
- 기계 반응: 실제 위험 지점의 압력, 힘, 속도, 위치, 잔류 이동
| Category | 단순화한 구조 거동 |
|---|---|
| B | 기본 안전 원리를 적용하지만 한 고장으로 안전 기능을 잃을 수 있음 |
| 1 | 검증된 부품과 안전 원리로 신뢰성을 높이지만 한 고장으로 기능을 잃을 수 있음 |
| 2 | 적절한 간격으로 기능을 확인하지만 검사 사이에 위험 고장이 남을 수 있음 |
| 3 | 단일 고장이 기능 상실을 일으키지 않고 일부 고장을 검출하지만 미검출 고장 누적으로 상실 가능 |
| 4 | 단일 고장으로 상실되지 않고 고장 검출 또는 누적 저항으로 구조가 요구하는 기능 유지 |
이 표는 설계 방향이며 Category 선정 지름길이 아닙니다. 달성 PL에는 선택 Category의 정량·정성 조건이 필요합니다. 유사 채널 두 개의 Category 3 도면이 자동으로 PL d가 되지 않습니다.
위험에 따라 공압 안전 상태를 선택하십시오
최종 공압 요소는 사양에 정의된 상태를 만들어야 합니다.
- 공급 차단과 위험 구역 배기
- 전진 포트 압력 유입 방지
- 검증된 브레이크 또는 로드 록으로 축 유지
- 제어 조건에서 액추에이터 복귀
- 다른 안전 관련 회로 압력을 유지하며 한 분기만 격리
- 공압 동작과 기계 구속 결합
보편적인 5/2 또는 5/3 안전 밸브 요구는 없습니다. 모니터링 이중 3/2 배기 밸브는 안전 배기에 적합할 수 있지만 수직 하중에는 독립 하중 유지가 필요할 수 있습니다. 배치, 압력 감쇠 시험, 하류 체적은 안전 배기 밸브와 기계 가드 통합을 참조하십시오.
공기 손실로 하중이 풀리면 수직 실린더 하중 유지와 공압 체크 밸브 한계를 평가합니다. 파일럿 체크 밸브는 동작을 막지만 정비 중 위험한 압력을 가둘 수 있습니다.
4단계: 부품별 데이터로 신뢰성 정량화
마모 의존 공압·전기기계 부품의 B10D는 명시 조건에서 모집단 10%가 위험 고장에 도달하는 사이클 수입니다. 연간 작동 횟수 n_op로 사이클 데이터를 MTTFd로 바꿉니다.
연간 작동 횟수: n_op = (d_op × h_op × 3,600) / t_cycle
위험 고장 평균 시간: MTTF_d = B10D / (0.1 × n_op)
d_op는 연간 운전일, h_op는 일일 운전 시간, t_cycle은 부품의 연속 작동 사이 평균 시간(초)입니다. 실제 안전 기능 수요 또는 스위칭 프로파일을 사용하고 실제 운전 조건이 아니라면 기계의 최고 이론 사이클을 쓰지 마십시오.
일반 1천만 또는 2천만 사이클을 복사하지 마십시오. 정확한 부품 번호, 압력 범위, 공기 품질, 온도, 스위칭 빈도, 부하, 허용 소음기, 정비 조건 데이터를 확보합니다. 공급사가 PFHd, 서브시스템 PL 또는 SISTEMA 라이브러리를 제공하면 가정과 통합 제약을 확인합니다.
| 데이터 | 중요한 이유 | 대표 근거 |
|---|---|---|
| B10D 또는 PFHd | 위험 고장 거동 정량화 | 제조사 안전 매뉴얼 또는 선언 |
| 작동 사이클 | 사이클 데이터를 시간 신뢰성으로 변환 | PLC 카운트, 생산 조사, 예상 시험 수요 |
| 미션 타임 | 계산 유효 기간 제한 | 안전 계획과 정비 기록 |
| Category | 구조의 고장 거동 정의 | 회로 설계와 서브시스템 문서 |
| DCavg | 유효 진단 인정 | 진단 방법, 검출 고장 모드, 시험 간격 |
| CCF 조치 | 하나의 원인이 여러 채널을 무력화하는 문제 대응 | 해당 CCF 기준 설계 검토 |
| 환경 한계 | 신뢰성 가정 유지 | 공기 품질, 온도, 진동, EMC, 설치 기록 |
| 체계적 조치 | 설계, 소프트웨어, 통합, 정비 오류 통제 | 개발 및 검증 기록 |
진단 커버리지는 실제 고장 모드와 맞아야 합니다
압력·위치 감지는 진단을 개선할 수 있지만 센서 추가가 자동으로 DC 90%가 되는 것은 아닙니다. 어떤 위험한 밸브, 센서, 배선, 로직, 공압 고장을 언제 검출하고 시스템이 어떻게 반응하는지 정의하십시오.
밸브 스풀·포핏 위치 모니터링, 하류 압력 타당성, 채널 불일치 시간, 시험 펄스, 예상 액추에이터 상태 확인이 예입니다. 격리 밸브 상류 압력 스위치는 갇힌 하류 공간의 배기를 증명하지 못합니다.
CCF는 물리적 분리보다 넓습니다
다중 채널에는 두 채널을 함께 무력화하는 고장 대책이 필요합니다. 채널 분리는 도움이 되지만 공용 공급 공기, 오염, 과온, 진동, 잘못된 정비, 공용 커넥터, 소프트웨어 오류, 동일 설치 손상이 모두 영향을 줄 수 있습니다.
표준의 CCF 평가 방법을 사용해 실제 구현 조치를 문서화하십시오. 다양한 센서 기술이 유용할 수 있지만 보편 요구는 아니며 체계적 설계 통제를 없애지 않습니다.
5단계: SISTEMA에서 달성 PL 확인
IFA의 SISTEMA 소프트웨어는 지정 구조로 안전 기능을 모델링하고 Category, MTTFd, DCavg, CCF로 PL을 평가합니다. ISO 13849-1:2023 작업에는 SISTEMA 3.x를 사용하십시오. 주요 버전은 특정 표준 판에 연결됩니다.
- 정의된 기계 안전 기능마다 SISTEMA 안전 기능을 하나씩 만듭니다.
- PLr과 위험성 평가 참조를 입력합니다.
- 입력, 로직, 출력 서브시스템으로 나눕니다.
- 버전과 사용 조건을 확인한 최신 제조사 라이브러리만 가져옵니다.
- 기계별 스위칭 빈도, 진단, 미션 타임을 입력합니다.
- 경고를 해소하고 달성 PL이 PLr 이상인지 확인합니다.
- 보고서를 내보내 도면 및 소프트웨어 버전과 구성 관리합니다.
SISTEMA는 평가 도구이지 인증서 생성기가 아닙니다. 녹색 결과로 잘못된 배관, 막힌 배기, 잘못된 사이클 데이터, 모델링하지 않은 중력 위험, 계산과 다른 소프트웨어를 검출할 수 없습니다.
6단계: 설치된 안전 기능 검증
현재 발행된 검증 표준은 ISO 13849-2:2012입니다. ISO/DIS 13849-2 대체안이 개발 중이지만 초안을 현행 판처럼 인용하면 안 됩니다. 검증은 분석과 시험으로 안전 기능, 구조, 고장 거동, 달성 PL이 사양을 충족함을 보여 줍니다.
시운전 전에 검증을 계획하십시오. 독립적이거나 충분히 독립된 유능한 사람이 각 시험을 요구사항까지 추적할 수 있어야 합니다. 운전 모드, 제품·부하, 공급 압력, 온도, 소프트웨어 체크섬, 밸브·센서 버전, 측정기, 합격 기준, 실제 결과, 편차를 기록합니다.
| 검증 시험 | 관찰할 내용 |
|---|---|
| 각 입력 채널 수요 발생 | 안전 출력 전환과 지정 안전 상태 도달 |
| 해당 채널 개방 또는 단락 | 고장 검출과 요구 고장 반응 |
| 출력 밸브 요소 하나의 상태 변화 방지 | 이중화와 피드백의 설계대로 동작 |
| 허용 배기 경로를 신뢰 가능한 한계로 제한 | 압력과 동작이 검증 기준 안에 유지 |
| 최소·최대 공급 압력 시험 | 타이밍과 최종 상태 허용 |
| 최악 실린더 위치와 부하 사용 | 이동, 정지 시간, 하중 거동이 한계 안에 있음 |
| 전원 또는 공기 차단·복원 | 위험한 자동 재기동 없음 |
| 피드백 불일치 생성 | 다음 위험 사이클을 사양대로 차단 |
| 리셋 제어 조작 | 안전 상태 해제만 하고 위험 동작을 시작하지 않음 |
안전 수요, 로직 출력, 밸브 피드백, 하류 압력, 위험 동작을 시간 상관으로 측정하십시오. 밸브 카탈로그 스위칭 시간은 기계 정지 시간이 아닙니다. 튜브 체적, 밸브 유량, 소음기, 유량 제어기, 실린더 부하, 관성이 모두 설치 응답에 영향을 줍니다.
검사·기능 시험 간격은 부품 지침, 위험성 평가, 환경, 사용 빈도, 진단 설계, 기계 표준에서 정합니다. ISO 13849는 “PL e는 매월, PL c는 매년” 같은 보편 일정을 요구하지 않습니다.
안전 배기와 잠금표시는 서로 다른 제어입니다
잠금식 수동 공기 공급 밸브는 에너지 격리 절차를 지원할 수 있지만 자동 안전 기능의 PL을 성립시키지는 않습니다.
OSHA 29 CFR 1910.147은 정비 중 위험 에너지 제어를 다룹니다. 공압 에너지를 에너지원으로 정의하고 격리, 잠금·표시, 저장·잔류 에너지 제어, 격리 확인을 요구합니다.
안전 릴레이가 솔레노이드 밸브를 무전원화하는 것은 보통 제어 시스템 동작이며 자동으로 에너지 격리 장치가 되지 않습니다. 정비에는 수동 잠금식 공급 밸브, 개인 잠금, 저장 에너지 배출·구속, 작업 지점 확인, 재축적 압력의 지속 제어가 필요할 수 있습니다.
| 상황 | 주요 보호 수단 |
|---|---|
| 생산 중 가드 열림 | 검증된 안전 관련 제어 기능 |
| 비상 정지 수요 | 정의된 비상 정지 반응과 관련 위험 감소 조치 |
| 위험 구역 진입 없는 고장 복구 | 모드별 안전 기능과 재기동 방지 |
| 예기치 않은 에너지 노출 정비 | 위험 에너지 제어 절차와 검증된 격리 |
| 매달린 공압 하중 아래 작업 | 격리와 독립 기계 구속 |
공압 안전 부품 공급사에 요청할 자료
“ISO 13849 밸브”만 요구하는 RFQ를 발행하지 말고 안전 기능과 통합에 필요한 데이터를 명시하십시오.
- 문서가 적용되는 정확한 제품과 버전
- 선언 안전 기능과 적용 표준
- 최대 Category, PL 또는 SIL 능력과 필요 구조
- B10D, PFHd, 미션 타임, 허용 스위칭 빈도
- 진단 기구, 피드백 타이밍, 고장 반응
- 필요한 안전 제어기 출력, 시험 펄스 한계, 리셋 거동
- 압력, 온도, 공기 품질, 진동, EMC 한계
- 배기 유량과 승인 소음기·액세서리
- 직렬·병렬 밸브 배열 제한
- 안전 매뉴얼, SISTEMA 라이브러리, 선언, 제3자 인증서
- 정비, 교체, 증명 시험 지침
“PL e 가능” 제품도 명시 한계 안에 설치하고 같은 목표의 완전한 안전 기능에 통합할 때만 그 능력에 기여합니다.
흔한 ISO 13849 공압 설계 오류
- 안전 상태를 정의하기 전에 이중 밸브 선택
- 위험 그래프의 PLr을 달성 PL로 취급
- Category를 전체 PL 평가 대신 사용
- 관련 없는 밸브·액추에이터의 일반 B10D 복사
- 검출할 위험 고장을 매핑하지 않고 센서 진단 인정
- 공용 공기 오염을 공통 원인으로 무시
- 액추에이터에 압력이 남는데 밸브에서만 측정
- 배기가 수직 또는 스프링 기구를 항상 안전하게 만든다고 가정
- 카탈로그 스위칭 시간을 기계 정지 시간으로 사용
- 리셋이나 공기 복원이 위험 동작을 시작하게 함
- 안전 기능 재평가 없이 표준 예비 부품 대체
- 안전 배기 밸브를 검증된 잠금표시 대신 사용
- 설치 검증 없이 SISTEMA 보고서를 “기계 인증”이라고 부름
ISO 13849 공압 안전 회로 FAQ
ISO 13849는 모든 공압 안전 회로에 이중 채널을 요구합니까?
아닙니다. 위험성 평가가 PLr을 정하고 설계는 목표를 달성할 수 있는 구조를 사용해야 합니다. 일부 기능은 낮은 Category를 사용할 수 있고 높은 고장 허용에는 다중 채널이 필요할 수 있습니다.
Category 3은 PL d와 같습니까?
아닙니다. Category 3은 구조 특성입니다. 달성 PL은 MTTFd, DCavg, CCF 조치, 체계적 요구, 올바른 서브시스템 통합에도 달려 있습니다. 모든 조건을 만족할 때만 특정 PL을 지원합니다.
PL e 인증 밸브가 완성 기계를 PL e로 만들 수 있습니까?
아닙니다. 밸브는 하나의 서브시스템입니다. 입력, 로직, 출력 통합, 진단, 소프트웨어, 인터페이스, 물리적 기계 반응 전체가 요구를 충족하고 검증되어야 합니다.
공압 비상 정지는 항상 기계의 모든 공기를 배출해야 합니까?
아닙니다. 위험성 평가가 안전 상태를 정의합니다. 전체 배기는 한 구역에는 맞지만 매달린 하중, 클램프, 진공 그리퍼, 스프링 기구에는 위험할 수 있습니다. 비상 정지는 정비용 에너지 격리를 대신하지 않습니다.
SISTEMA는 공압 기계가 안전하다는 것을 증명합니까?
아닙니다. 모델링한 안전 관련 제어 구조를 평가할 뿐입니다. 물리 설치가 모델과 같은지, 압력·동작·재기동·고장 반응이 사양을 충족하는지는 설치 기계 검증이 필요합니다.
안전 회로는 얼마나 자주 시험해야 합니까?
PL만으로 정하는 보편 간격은 없습니다. 부품 안전 매뉴얼, 위험성 평가, 환경, 진단 설계, 사용량, 정비 이력, 기계별 표준으로 검사·기능 시험 간격을 정합니다.
결론
ISO 13849는 위험과 안전 기능 정의, PLr 결정, 적절한 구조 선택, 유효 부품 데이터로 신뢰성 정량화, 달성 PL 확인, 정상·고장 조건의 설치 반응 검증이라는 문서화된 엔지니어링 체인으로 공압 기계를 보호합니다.
가장 중요한 질문은 “어떤 밸브가 ISO 13849 적합인가?”가 아니라 “안전 기능이 요구될 때 기계가 무엇을 해야 하며, 신뢰 가능한 고장 중에도 그렇게 한다는 근거는 무엇인가?”입니다. 먼저 답하면 밸브 선정은 방어 가능한 안전 설계의 통제된 일부가 됩니다.
출처
- 국제표준화기구. ISO 13849-1:2023 — 제어 시스템 안전 관련 부분, 1부. 2023년 4월 발행. 2026-07-17 확인.
- 국제표준화기구. ISO 12100:2010 — 위험성 평가와 위험 감소. 2026-07-17 확인.
- 국제표준화기구. ISO 13849-2:2012 — 검증. 2026-07-17 확인.
- 국제표준화기구. ISO/DIS 13849-2 — 개발 중 개정 초안. 2026-07-17 확인.
- 국제표준화기구. ISO 4414:2010 — 공압 유체 동력 안전 요구사항. 2026-07-17 확인.
- 독일 사회재해보험 산업안전보건연구소. ISO 13849-1용 SISTEMA 소프트웨어. 2026-07-17 확인.
- 미국 산업안전보건청. 29 CFR 1910.147 — 위험 에너지 제어. 2026-07-17 확인.