Fail Safe (고장 안전)

정의

Fail Safe는 기계가 고장 나더라도 위험이 최소화되도록 설계하는 기능이다.

고장이 일어나지 않는다는 뜻이 아니다. 고장을 가정하고 그 결과를 안전 쪽으로 제한하는 것이다.

구성 요소와 원리

기계설비의 Fail Safe는 감지부, 판단부, 동작부 세 요소로 구성된다.

핵심 원리는 고장 시 기본 상태가 안전 쪽이어야 한다는 것이다.

판단부가 고장 나도 동작부가 안전 방향으로 작동하도록 회로를 구성한다.

고장 후 상태에 따른 분류

Fail Safe는 고장 후 취하는 상태에 따라 세 가지로 나눠 비교한다.

고장-안전은 정지나 차단, 고장-유연은 성능을 낮춘 임시 운전, 고장-보안은 잠금 유지다.

기계설비에서는 대부분 고장-안전 방식을 쓰며, 정지 후 탈출 경로도 함께 본다.

3단계 기능 분류

기능 분류는 고장 감지, 안전 측 전환, 안전 상태 유지의 3단계로 이루어진다.

1단계는 자기진단이나 인터록으로 고장을 감지하고, 2단계는 안전 측으로 전환한다.

3단계는 안전 상태를 유지하며, 수동 리셋을 거쳐야 재기동된다.

세 단계 모두 고장을 검출하는 수단이 있어야 성립한다.

적용 사례

사례 하나는 프레스 방호장치다. 손이 금형 사이로 들어가면 슬라이드 하강이 정지한다.

사례 둘은 덮개 인터록이다. 스위치는 접점이 떨어지는 방향으로 동작해 고장에도 안전 쪽으로 간다.

사례 셋은 크레인 권과 방지다. 리미트 스위치가 고장 나면 2차 방지장치가 동작하도록 이중으로 둔다.

이중화 계산 예제

독립된 차단 채널 두 개가 있고, 각 채널의 고장 확률이 0.01이라고 하자.

두 채널이 모두 고장 날 확률은 0.01 곱하기 0.01로 0.0001이다.

단일 채널의 1/100 수준이므로 이중화의 효과가 확인된다.

정리

정리하면, Fail Safe는 고장이 나도 위험이 최소화되는 안전 상태로 전환하는 설계다.

기능 분류는 고장 감지, 안전 측 전환, 안전 상태 유지의 3단계로 본다.

고장을 없애는 본질안전과 달리, 고장 시 결과를 안전 쪽으로 제한하는 것이 핵심이다.