인터록 회로 설계 A-to-Z: 초보도 이해하는 원리부터 실무 전문가 노하우까지

1. 인터록(Interlock)이란 무엇인가?

1-1. 정의와 목적

• 정의: 기계·설비가 잘못된 순서로 동작하거나 위험 상태에서 작동하지 못하도록 ‘상호 잠금’(lock-out)하는 안전 회로/기능.
• 주요 목적
  1. 사고 예방: 예기치 않은 기동, 과열, 과부하, 압력 상승, 누전 등으로부터 작업자·설비 보호.
  2. 프로세스 보호: 공정 순서를 강제해 품질 저하, 장비 손상을 방지.
  3. 규제 준수: 산업안전보건법, 기계류 안전 기준(ISO 13849-1, IEC 60204-1, NFPA 79 등) 충족.

1-2. 인터록 종류

• 기계식(MI): 키 스위치, 볼트, 캡티브 키 시스템.
• 전기식(EI): 릴레이·접촉기 기반 하드와이어드 회로.
• 전자식(SI): 안전 PLC, 안전 릴레이 모듈, 필드버스-기반 네트워크(Profisafe, CIP Safety 등).
• 소프트웨어(Logic Interlock): DCS, SCADA, 로보틱스 컨트롤러 내부 논리.
• 혼합형(Hybrid): 전기식 + 전자식 + 소프트웨어를 전략적으로 조합.

2. 인터록 회로 작동 원리

2-1. 기본 논리 구조

1. 조건 입력 →
2. 논리 판단(Basic Logic: AND, OR, NAND, NOR) →
3. 제어 출력(Energy Isolation or Permit Signal) →
4. 피제어 부하(모터, 밸브, 히터 등)

2-2. Fail-Safe 설계 3대 원칙

                    원칙                                                           설명                                                                              예시

전원 차단 시 안전	전원·신호가 끊기면 자동으로 정지	N.C. 방식 E-Stop, 역상 릴레이
단선 허용	단선 발생 시 위험 동작 불가	이중 채널 스위치, 감시장치
자기진단 기능	고장 감지 → 안전 정지	안전 PLC의 시험 펄스

 

Blogspot 호환을 위해 표 대신 리스트로 재구성

• 전원 차단 시 안전: 전원 또는 신호가 끊기면 회로가 해제(OFF) 상태로 떨어져 장비가 멈추도록 설계한다.
• 단선 허용(이중 채널): 각 감지·제어선은 두 가닥 이상으로 구성하고, 어느 한 가닥이 끊겨도 장비가 가동하지 못하게 만든다.
• 자기진단(Periodic Test Pulse): 안전 PLC, 듀얼 채널 릴레이는 주기적으로 신호를 교차 확인해 불일치가 있으면 즉시 샷다운한다.

3. 인터록 설계 절차 8단계

1. 위험성 평가(HAZOP, RISK Matrix)
2. 인터록 목적 정의 – 예방? 보호? 시퀀스 제어?
3. 국제 규격 선택 – ISO 13849 PL, IEC 61508 SIL, IEC 60204-1 등급 결정
4. 동작 시나리오 작성 – P&ID, Sequential Function Chart(SFC) 병행
5. 회로 토폴로지 결정 – 하드와이어 vs 안전 PLC vs 네트워크, 이중화 여부
6. 부품 선정 – 비상정지 스위치, 안전 릴레이, 접촉기(EN 60947-4-1), 센서(EN 60947-5-2)
7. 검증·시험 – 기능 시험(FAT/SAT), 단락·단선 테스트, PL/SIL 계산 툴(RPAS, Sistema) 활용
8. 문서화 및 유지보수 계획 – 회로도, FMEA, Lock-out/Tag-out(LOTO) 절차, 점검 주기.

 

4. 주요 부품별 설계 포인트

4-1. 비상정지(E-Stop)

• N.C. 접점 2채널 이상 필수.
• 역트위스트 릴리즈 타입으로 오동작 방지.
• ISO 13850 적색-노란 베젤 색상 규격 준수.

4-2. 안전 릴레이 & 접촉기

• 포지티브 가이드(Force-Guided) 접점 채택 → 접점 용착 시 상태 오류 검출.
• Mirror Contact: 보조접점과 주접점 상태가 항상 반대가 되도록 설계.
• AC-15 / DC-13 부하 계수 확인 후 20 % 이상 여유 확보.

4-3. 센서 & 스위칭 소자

• 안전 도어 스위치: 기계식 힌지타입, RFID-코드타입, 마그네틱 타입.
• 비접촉식 스캐너: 라이트 커튼(Cat. 4), 레이더 토폴로지.
• 속도·위치 인코더: 제로-스피드 안전 기능(SAF), SLS(Safely-Limited Speed) 구현.

5. 설계 예시: 3단계 모터 인터록 회로

목표: 유지보수 중 래칫스패너에 손이 끼이는 사고 방지.

① 조건

• 도어 열림 스위치(S1) N.C.
• 도어 닫힘 스위치(S2) N.O.
• 비상정지(E-Stop) N.C. x 2
• 모터 과부하 열동계(O/L) N.O.

② 논리

• S1 AND O/L AND (E-Stop1 AND E-Stop2) → 릴레이 K1
• K1이 ON 되어야만 주접촉기 KM1 코일 활성화, 모터 M1 기동.

③ 인터록

• 주 접촉기 보조접점 KM1a를 자체 유지회로 대신 ‘Permit’ 체크로 사용해, 주접촉기 용착 시 모터가 재기동하지 않게 함.
• 전체 라인은 24 V DC P-F-N 방식을 사용해 전원 상실 시 Fail-Safe 동작 보장.

 

6. 국제 규격 & 법규 체크리스트

• ISO 13849-1:2023 – PL r 계산, Cat. 3 구조 권고.
• IEC 60204-1:2023 – 전기 설비 안전 요구, E-Stop, 보호접지.
• IEC 61508/61511 – SIL 1~3 기능안전 설계.
• NFPA 79(2024판) – 북미 수출 시 기계 전기 설비 규격.
• KS B ISO 13850 – 국내 도입, 비상정지 스위치 색상 규정.
• 산안법 고시 제2024-18호 – ‘안전 장치가 없는 기계류’ 과태료 1억 원 이하.

Tip: 수출 대상 국가별로 CE, UL, KC, CCC, PSE 등 인증 절차를 사전에 확인하라.

 

7. 시뮬레이션 & 디지털 트윈 적용

1. CAD(ECAD) 모델링: EPLAN, AutoCAD Electrical로 회로 작성 → BOM 자동화.
2. PL/SIL 분석 툴: SISTEMA, PAScal에 부품 데이터 입력 → 신뢰도 계산.
3. 디지털 트윈: PLCopen XML → 시뮬레이터(Factory I/O, Siemens SIMIT) 연동, 가상 시운전으로 인터록 로직 검증.
4. VR 안전 교육: 시나리오 기반 체험형 훈련으로 작업자 통찰 강화.

 

8. 유지보수·점검 프로토콜

• 일일 체크: E-Stop·도어 스위치 테스트, LED 상태 점검.
• 월간 점검: 접점 저항 측정(< 25 mΩ), 센서 오염·마그네틱 간격 확인.
• 연간 정기검사: PL/SIL 재평가, 케이블 절연 저항 측정, 릴레이 기계적 수명 기록 비교.
• LOTO 절차 교육: 신규·파견 작업자 모두 체득, Check-Out 서명제 운영.
• 부품 수명 데이터베이스화: MTBF, B10d값 근거로 교체 주기 예측.

 

9. 실무 고급 팁 10선

1. 에너지 차단 우선: ‘신호 중시’보다 ‘전원 차단’이 가장 빠른 안전.
2. 접지 일체화: 제어판·기계 프레임·가드 도어를 동일 스타 바스로 귀결.
3. 회로명·단자번호 국제표준 적용: X1, X2, -A, -B 접두어로 공통화.
4. 색상 코드 일관성: 24 V DC = 파랑/회색, 안전회로 = 노랑/빨강.
5. 와이어링 덕트 분리: 전원·신호·안전 각각 덕트 분리 → 노이즈·추적 방지.
6. 릴레이 취부 방향: 열 방출 고려, 상부에 스페이서 10 mm 확보.
7. 프리 차지 회로: 대용량 인버터 인터록 시 서지 전류 완화.
8. I/O 디버그 LED: 현장 한눈진단 → 다운타임 단축.
9. 블락 다이어그램 선색: 동작 신호 = 실선, 안전 차단 = 점선으로 도면 가독성 향상.
10. 사후 리뷰: 사고·고장 발생 시 “5 Why 분석”으로 설계 피드백 → 차기 프로젝트 반영.

10. 자주 묻는 질문(FAQ)

Q1. 하드와이어와 안전 PLC 중 어느 쪽이 더 안전한가?

• 답: 구조적으론 동일 PL/SIL 달성 가능. 규모와 유연성, 기능 안전 통합 진단(EDS) 필요성에 따라 선택.

Q2. 인터록 회로만으로 충분한가?

• 답: 위험도 높거나 인체 즉사 가능 구역이라면 이중 보호 계층—기계 가드·라이트커튼·안전시스템을 모두 채택해야 한다.

Q3. 이미 기동 중인 기계에 인터록을 추가해도 되나?

• 답: 가능하지만 전기적·기계적 호환성, 회로 인가 전원, 접지 체계부터 검토해야 한다. 작업 중단 기간도 확보할 것.

 

11. 결론 & 실천 체크리스트

• [ ] 위험성 평가서 작성
• [ ] 설계 목표 (PL/SIL) 정의
• [ ] 부품 데이타시트 확보
• [ ] 회로 시뮬레이션 완료
• [ ] FAT/SAT 서명
• [ ] 교육 & LOTO 매뉴얼 배포
• [ ] 주기적 유지보수 스케줄 등록

한 줄 요약: “인터록 회로는 ‘멈추는 기술’이자 ‘지속가능한 안전문화’의 출발점이다.”