비상정지(Emergency Stop)와 보호정지(Protective Stop)에 대한 안내서

2025-09-21, G25DR

1. 서론

현대 산업 환경은 자동화 설비의 고도화와 인간-기계 협업의 확산으로 생산성의 비약적인 발전을 이루고 있다. 그러나 이러한 기술적 진보는 새로운 형태의 위험을 동반하며, 기존의 안전 패러다임에 대한 근본적인 재정립을 요구한다. 과거의 반응적(reactive) 안전 조치에서 벗어나, 위험을 사전에 예측하고 예방하는 능동적(proactive) 안전 시스템의 구축이 핵심적인 과제로 부상하였다.1

이러한 변화의 중심에는 기계를 멈추는 두 가지 핵심 기능, 즉 ’비상정지(Emergency Stop)’와 ’보호정지(Protective Stop)’가 있다. 그러나 산업 현장에서는 이 두 기능이 단순히 기계를 멈춘다는 공통점 때문에 그 목적과 작동 원리, 법적 요구사항의 차이를 인지하지 못한 채 혼용되는 경우가 빈번하다.3 이러한 개념적 혼동은 부적절한 안전 시스템 설계로 이어져 관련 법규 및 표준을 위반하게 될 뿐만 아니라, 예측 가능한 사고를 막지 못해 심각한 인명 피해나 설비 손상을 초래하는 직접적인 원인이 될 수 있다.1

본 안내서는 비상정지와 보호정지의 근본적인 철학, 국제 표준에 근거한 법적 요구사항, 그리고 기술적 구현 방식의 명확한 차이를 심층적으로 규명하는 것을 목적으로 한다. 이를 통해 현장의 안전 관리자, 설비 설계자, 시스템 통합(SI) 엔지니어들이 위험성 평가(Risk Assessment)에 기반하여 각자의 작업 환경과 설비 특성에 가장 적합한 안전 기능을 체계적으로 설계, 구현 및 검증할 수 있도록 실질적이고 전문적인 기술 지침을 제공하고자 한다.

2. 비상정지(Emergency Stop)의 원칙과 구현

비상정지 기능은 단순한 정지 스위치가 아니다. 이는 예측 불가능한 비상 상황에서 인간의 직접적인 개입을 통해 더 큰 재해로의 확산을 막는 최후의 보루(Last Line of Defense)이다. 따라서 비상정지 기능의 설계와 구현은 임의성을 철저히 배제하고, 어떠한 상황에서도 명확하게 인지되고 신뢰성 있게 작동하는 것에 초점을 맞춘다.

2.1 ISO 13850 기반 정의: 보완적 보호 조치(Complementary Protective Measure)

국제 표준 ISO 13850에 따르면, 비상정지 기능은 정상적인 정지 기능(Normal Stop)이 해당 목적에 부적절할 때, 발생하는 위험을 피하거나(avert) 기존의 위험을 줄이기(reduce) 위해 **단일 인간 행위(a single human action)**로 개시되는 기능으로 정의된다.5

여기서 가장 중요한 개념은 비상정지가 ’보완적 보호 조치’라는 점이다.6 이는 비상정지 기능이 가드(Guard), 인터록(Interlock), 감응형 방호 장치와 같은 1차적인 방호 조치를 결코 대체할 수 없음을 의미한다. 비상정지 장치의 존재가 기계의 본질적인 위험을 제거하거나 다른 필수 안전장치의 설치 의무를 면제하지 않는다는 사실을 명확히 인지해야 한다. 즉, 비상정지는 모든 1차 방호 조치가 실패했거나 예상치 못한 위험이 발생했을 때를 대비한 추가적인 안전 계층이다.

이 기능의 설계와 구현 원칙은 여러 국제 표준에 의해 규정된다. 주요 관련 표준은 다음과 같다.

• ISO 13850: 비상정지 기능의 설계 원칙 9

• IEC 60204-1: 기계의 전기 장비에 대한 일반 요구사항 6

• IEC 60947-5-5: 제어 회로 장치 및 스위칭 소자 - 기계적 래칭 기능이 있는 전기 비상정지 장치 5

2.2 설계 원칙: 즉각적 인지와 오작동 방지

비상정지 장치는 긴급 상황에서 누구나 망설임 없이 즉각적으로 조작할 수 있도록 설계되어야 한다. 이를 위해 표준은 다음과 같은 엄격한 설계 원칙을 요구한다.

• 색상 및 형태: 작동기(Actuator), 즉 누르는 부분은 반드시 **적색(RED)**이어야 하며, 작동기 주변에 배경이 존재할 경우 가능한 한 **황색(YELLOW)**이어야 한다. 이 적색/황색 조합은 비상정지 기능에만 독점적으로 사용되어야 하며, 다른 기능에 사용해서는 안 된다.5 작동기의 형태는 일반적으로 손바닥으로 쉽게 누를 수 있는 버섯 머리(Mushroom-head) 형태가 요구된다.5

• 접근성: 비상정지 장치는 모든 운전 위치, 작업자가 개입해야 할 수 있는 위치, 그리고 위험이 발생할 수 있는 모든 지점에서 명확하게 식별 가능하고, 쉽고, 어떠한 방해도 없이 접근할 수 있어야 한다.6

• 작동 방식: 가장 일반적인 푸시버튼 외에도, 넓은 범위를 포괄해야 할 경우 로프(rope)나 와이어(wire) 형태의 비상정지 장치도 사용될 수 있다.5 의도치 않은 작동을 방지하기 위한 보호 가드(shroud 또는 protective collar)의 설치는 비상시 접근을 방해할 수 있으므로 일반적으로 허용되지 않는다. 다만, 위험성 평가 결과 의도치 않은 작동의 위험이 매우 크다고 판단될 경우에 한해 예외적으로 적용될 수 있다.5

• 표기: 최신 ISO 13850:2015 표준은 중요한 변화를 담고 있다. 바로 작동기나 배경에 ’EMERGENCY STOP’과 같은 문자나 특정 기호를 표기하지 않을 것을 권고한다는 점이다.14 이는 다국적 작업자가 근무하는 글로벌 생산 환경을 고려한 것이다. 특정 언어로 된 문구는 해당 언어를 모르는 작업자에게 혼란을 주거나, 긴급 상황에서 인지하고 판단하는 데 걸리는 시간을 지연시킬 수 있다.14 따라서 언어에 의존하지 않는 ’적색/황색’이라는 보편적인 시각적 코드만으로 누구나 즉각적이고 본능적으로 반응할 수 있도록 유도하는 것이 이 권고의 핵심 취지다. 이는 안전의 보편성과 직관성을 극대화하려는 국제 표준의 흐름을 명확히 보여준다.

2.3 기능적 요구사항: 최우선 순위와 의도적 재시작

비상정지 기능의 신뢰성은 제어 시스템의 로직에 의해 좌우되어서는 안 된다. 이는 하드웨어적으로 보장되는 절대적인 기능이어야 한다.

• 최우선 순위(Priority): 비상정지 명령은 기계가 어떤 운전 모드(자동, 수동, 교시 등)에 있든지 간에 다른 모든 기능과 조작 명령에 최우선해야 한다.7 제어 시스템의 어떠한 소프트웨어 로직이나 다른 운전 명령도 비상정지 신호를 무시하거나 지연시킬 수 없다.

• 래칭(Latching) 기능: 비상정지 장치가 한번 작동되면, 그 상태는 물리적으로 유지되어야 한다. 이를 ’기계적 래칭(mechanical latching)’이라 하며, 전원 공급이 차단되더라도 작동된 상태가 풀리지 않음을 의미한다.20 이는 정전 후 전원이 복구되었을 때 기계가 자동으로 재가동되는 위험을 방지한다.

• 의도적 수동 재시작(Reset): 비상정지 상태를 해제하는 것은 반드시 작동된 바로 그 장치에서 ’의도적인 인간의 행위’를 통해서만 가능해야 한다.20 예를 들어, 눌린 버튼을 돌리거나(twist-to-release), 당기거나(pull-to-release), 또는 별도의 키(key-to-release)를 사용하는 방식이 해당된다.

• 재시작 방지: 가장 중요한 요구사항 중 하나는, 비상정지 장치를 리셋(reset)하는 행위 자체가 기계를 재기동시키는 원인이 되어서는 안 된다는 것이다.17 비상정지 해제는 단지 기계가 재가동될 ‘준비’ 상태가 되었음을 의미할 뿐이며, 실제 재기동은 반드시 별도의 ‘시작(Start)’ 버튼 조작과 같은 2차적인 명령을 통해서만 이루어져야 한다. 이는 비상정지의 원인이 해결되었는지 확인하지 않은 상태에서 리셋과 동시에 기계가 움직여 발생하는 2차 사고를 방지하기 위한 핵심적인 안전 요구사항이다.

비상정지는 ’안전 기능(Safety Function)’이 아닌 ’보완적 보호 조치’로 정의되는데, 이는 역설적으로 안전 설계의 우선순위를 명확히 하는 중요한 철학을 담고 있다.8 이 정의는 설계자가 비상정지 장치가 있다는 사실에 안주하여 기계의 본질적인 위험을 줄이거나(예: 날카로운 모서리를 둥글게 설계), 1차 방호장치(예: 안전 펜스)를 설치하는 노력을 소홀히 해서는 안 된다는 점을 강력하게 시사한다. 즉, 비상정지는 사고 예방의 1차 수단이 아니며, 이에 대한 과도한 의존을 막고 더 근본적인 안전 설계를 유도하는 역할을 한다.

2.4 비상 전원 차단(Emergency Switching Off)과의 명확한 구분

현장에서 비상정지와 자주 혼동되는 개념으로 ’비상 전원 차단’이 있다. 이 둘은 목적과 결과 면에서 명백히 다르다.

• 목적의 차이: 비상정지의 목적은 기계의 ’위험한 움직임이나 공정’을 가능한 한 빨리 멈추는 것이다.13 반면, 비상 전원 차단의 목적은 감전이나 전기적 화재와 같은 ’전기적 위험’으로부터 사람을 보호하기 위해 설비의 주 전원 공급을 차단하는 것이다.13

• 결과의 차이: 비상 전원 차단은 필연적으로 기계 액추에이터로의 전원 공급을 즉시 차단하는 ’정지 범주 0(Stop Category 0)’을 유발한다. 하지만 비상정지는 위험성 평가 결과에 따라, 전원을 유지한 상태에서 제어된 감속을 통해 기계를 멈추는 ’정지 범주 1(Stop Category 1)’로 구현될 수 있다.18 예를 들어, 거대한 관성을 가진 회전체를 멈출 때 단순히 전원만 차단하면(비상 전원 차단), 회전체가 멈추기까지 오랜 시간이 걸려 더 위험할 수 있다. 이 경우, 전기적 제동을 통해 신속하게 멈추는 비상정지(정지 범주 1)가 더 효과적이다. 이 둘을 혼동하면 애플리케이션에 부적합한 정지 방식을 적용하는 심각한 설계 오류를 범할 수 있다.

3. 보호정지(Protective Stop)의 개념과 지능형 적용

보호정지는 비상정지와 근본적으로 다른 철학에서 출발한다. 이는 예측 불가능한 상황에 대한 사후 대응이 아니라, 사전에 정의된 안전 조건을 시스템이 지속적으로 감시하여 위험이 현실화되기 ’전’에 기계를 안전하게 멈추는 예방적이고 자동화된 안전 기능이다. 특히 인간과 로봇이 물리적 격리 없이 공간을 공유하는 협업(Collaborative) 환경에서 그 중요성이 극대화된다.

3.1 ISO 10218 기반 정의: 예방적 안전을 위한 자동화된 정지

산업용 로봇 안전 표준인 ISO 10218-1에 따르면, 보호정지는 **‘안전을 목적으로 정해진 순서에 따라 운전을 중단하는 형태’**로 정의된다.27 이 정의의 핵심은 ‘정해진 순서’, 즉 사전에 계획되고 예측된 시나리오에 따라 시스템이 스스로 작동한다는 점이다. 이는 인간의 돌발적인 판단에 의존하는 비상정지와 명확히 구분된다. 보호정지는 산업용 로봇 및 로봇 시스템의 안전 요구사항을 다루는 ISO 10218-1 및 ISO 10218-2에서 핵심적인 안전 기능으로 규정되어 있다.29

다만, 용어 사용에 있어 주의가 필요하다. 국제 표준에서는 ’보호정지(Protective Stop)’라는 용어를 공식적으로 사용하지만, 일부 로봇 제조사(예: Universal Robots)에서는 이 기능을 ’Safeguard Stop’으로 칭하고, ’Protective Stop’이라는 용어는 안전과 관련 없는 일반적인 정지 기능에 사용하기도 한다.32 이러한 혼선을 피하기 위해, 본 안내서에서는 ISO 표준의 정의를 일관되게 따른다.

3.2 작동 메커니즘: 방호 장치(Protective Devices)와의 연동

보호정지는 작업자의 직접적인 조작이 아닌, 다양한 종류의 감응형 방호 장치(Sensitive Protective Equipment, SPE)가 위험을 감지했을 때 자동으로 작동된다.32 이러한 방호 장치들은 인간의 작업 공간과 기계의 위험 구역 사이의 경계를 감시하는 ’눈’과 ‘피부’ 역할을 한다.

• 안전 라이트 커튼(Safety Light Curtain): 송신기(Emitter)와 수신기(Receiver) 한 쌍으로 구성되며, 그 사이에 눈에 보이지 않는 여러 개의 적외선 빔 배열을 형성한다. 작업자의 손, 팔, 또는 신체 일부가 이 빔을 차단하면 수신기가 신호 변화를 감지하고, 제어 시스템에 즉시 정지 신호를 보낸다. 주로 프레스, 포장 기계 등 작업자가 빈번하게 접근해야 하는 위험 구역의 경계면에 설치된다.33

• 안전 레이저 스캐너(Safety Laser Scanner): 회전하는 레이저 빔을 이용하여 최대 270도 이상의 넓은 2차원 평면을 스캔한다. 사용자는 소프트웨어를 통해 자유로운 형태의 ’경고 구역(Warning Zone)’과 ’보호 구역(Protection Zone)’을 설정할 수 있다. 작업자가 경고 구역에 진입하면 기계가 감속하고, 더 안쪽의 보호 구역에 진입하면 즉시 보호정지를 실행하는 다단계 대응이 가능하다. AGV(무인 운반차)의 충돌 방지나 복잡한 형태의 로봇 작업 셀 방호에 매우 유용하다.39

• 안전 매트(Safety Mat): 압력을 감지하는 매트로, 작업자가 위험 구역 내에 설치된 매트를 밟으면 그 압력을 감지하여 정지 신호를 발생시킨다. 직관적이지만, 매트가 설치된 영역만 보호할 수 있다는 한계가 있다.35

• 인터록 스위치(Interlock Switch): 안전 펜스나 가드 도어에 설치되어, 문이 열리는 것을 감지하면 즉시 기계의 작동을 멈춘다. 작업자의 무단출입으로 인한 사고를 방지하는 가장 기본적인 보호정지 메커니즘이다.2

3.3 협동로봇 안전의 핵심: ISO/TS 15066 기술 사양 분석

인간과 협동로봇(Cobot)이 펜스 없이 같은 공간에서 작업하기 위해서는 더욱 정교한 안전 기능이 요구된다. 기술 사양인 ISO/TS 15066은 이러한 협업 환경에서의 안전 요구사항을 상세히 규정하며, 보호정지는 이를 구현하는 핵심 기술로 활용된다.32

• 안전 정격 감시 정지 (Safety-Rated Monitored Stop, SRMS):

• 이는 작업자가 협업 공간에 진입하기 ’전’에 로봇이 안전하게 정지하고, 그 정지 상태를 안전 제어 시스템이 지속적으로 감시하는 기능이다.45

• 핵심은 로봇의 동력이 완전히 차단되지 않고 유지된다는 점이다(정지 범주 2). 이 덕분에, 작업자가 감지 구역을 벗어나면 별도의 재시작 조작 없이 로봇이 자동으로 작업을 재개할 수 있다. 이는 안전을 확보하면서도 생산성 저하를 최소화하는 보호정지의 가장 큰 장점 중 하나이다.47

• 속도 및 간격 감시 (Speed and Separation Monitoring, SSM):

• 안전 레이저 스캐너와 같은 센서를 이용해 로봇과 작업자 사이의 거리를 실시간으로 측정한다.40

• 이 거리에 따라 로봇의 속도를 동적으로 조절한다. 작업자가 멀리 있을 때는 최대 속도로 작동하다가, 가까이 다가오면 점차 속도를 줄인다. 그리고 사전에 설정된 최소 보호 거리(Protective Separation Distance)를 침범하면 보호정지를 실행하여 로봇을 완전히 멈춘다.43 이는 ’정지 또는 작동’이라는 이분법적 제어를 넘어, 인간과 기계의 상호작용에 유연하게 대응하는 지능형 안전 기능의 대표적인 예시다.

이러한 협업 운용 방식에서 SRMS는 그 자체가 보호정지의 한 형태이며, SSM은 특정 조건(최소 보호 거리 침범)에서 보호정지를 트리거하는 상위 레벨의 안전 전략이라 할 수 있다. 즉, 보호정지는 다양한 협업 운용 시나리오를 안전하게 구현하기 위한 근본적인 실행 메커니즘이다.

보호정지는 과거에는 양립하기 어렵다고 여겨졌던 ’안전’과 ’생산성’의 상충 관계를 해결하는 핵심 기술이다. 전통적인 안전 시스템은 안전을 확보하는 대신 생산 흐름을 단절시켜 생산성을 저해하는 경우가 많았다. 기계가 한번 멈추면 원인 파악과 수동 재시작에 불필요한 시간이 소요되기 때문이다.2 반면, 보호정지는 센서를 통해 필요할 때만, 그리고 필요한 만큼만 기계를 감속시키거나 정지시킨다.45 특히 조건부 자동 재시작 기능은 작업자가 안전 구역을 벗어나는 즉시 시스템이 자동으로 정상 운전에 복귀하도록 하여, 불필요한 다운타임을 극적으로 줄인다.32 이처럼 보호정지는 인간의 개입을 최소화하고 기계가 스스로 안전 상태를 판단하고 복귀하게 함으로써, 최고 수준의 안전과 최적의 생산 효율을 동시에 달성하는 길을 제시한다.

그러나 보호정지의 신뢰성은 단순히 고성능 센서를 설치하는 것만으로 보장되지 않는다. 보호정지는 센서(입력), 제어기(로직 처리), 액추에이터(출력)로 이어지는 하나의 완전한 ’안전 관련 제어 시스템(Safety-Related Parts of Control Systems, SRP/CS)’을 구성한다. 이 체인의 어느 한 부분이라도 신뢰성이 낮으면 전체 시스템의 안전은 무너진다. 따라서 기능 안전 표준(ISO 13849-1, IEC 62061)은 이 전체 시스템의 신뢰도를 정량적으로 평가하여 PL(성능 수준) 또는 SIL(안전 무결성 수준) 등급을 만족하도록 요구한다.50 이는 제어 시스템 아키텍처의 이중화(redundancy), 고장 진단(diagnostics), 공통 원인 고장(Common Cause Failure) 방지 등을 종합적으로 고려한 시스템 엔지니어링 접근이 필수적임을 의미한다.

4. 정지 기능의 기술적 분류: IEC 60204-1 정지 범주

비상정지와 보호정지가 실제로 기계를 어떻게 멈추는지를 기술적으로 이해하기 위해서는 IEC 60204-1(기계류의 전기 장비)에서 정의하는 ’정지 범주(Stop Category)’에 대한 이해가 필수적이다. 이 분류 체계는 모든 정지 기능의 물리적 구현 방식의 근간이 된다.

4.1 정지 범주 0 (Stop Category 0): 비제어 정지 (Uncontrolled Stop)

• 정의: 기계 액추에이터(모터, 구동부 등)로 공급되는 전원을 즉시 차단함으로써 기계를 정지시키는 방식이다.13

• 특징: 가장 간단하고 직관적인 정지 방식이다. 제어 회로의 고장 여부와 상관없이 물리적으로 동력을 차단하므로 확실성이 높다. 하지만 별도의 기계적 브레이크가 없는 경우, 기계는 관성에 의해 즉시 멈추지 않고 일정 시간 또는 거리만큼 더 움직이다가 멈춘다. 이 ‘제어되지 않는’ 정지 과정에서 공작물이 이탈하거나 다른 기계와 충돌하는 등 2차적인 위험이 발생할 수 있다.26

• 주요 적용: 위험성 평가 결과, 즉각적인 동력 차단이 가장 안전하고 효과적인 방법이라고 판단될 때 사용된다. 주로 비상정지 기능이나 비상 전원 차단 기능에 적용된다.13

4.2 정지 범주 1 (Stop Category 1): 제어 정지 (Controlled Stop)

• 정의: 액추에이터에 전원 공급을 유지한 상태에서, 제어 시스템을 통해 기계를 제어하여 정지시킨 후, 정지가 완료된 것이 확인되면 전원을 차단하는 방식이다.13

• 특징: 서보 드라이브의 감속 프로파일을 이용하거나 회생 제동을 통해, 정해진 경로와 시간 내에 정밀하고 신속하게 정지할 수 있다. 이는 기계에 가해지는 기계적 스트레스를 최소화하고, 정지 위치의 정확도를 높이며, 정지 시간을 단축하는 효과가 있다.18

• 주요 적용: 비상정지와 보호정지 기능 모두에 널리 사용된다. 특히 고속으로 회전하는 스핀들이나 관성이 큰 로봇 암을 빠르고 안전하게 멈춰야 할 때 필수적이다. 정지 과정에서 로봇이 프로그래밍된 경로를 벗어나지 않도록 제어해야 하는 경우에도 이 방식이 사용된다.32

4.3 정지 범주 2 (Stop Category 2): 동력 유지 제어 정지 (Controlled Stop with Power Maintained)

• 정의: 기계를 제어하여 정지시킨 후에도, 액추에이터에 전원을 계속 공급하여 현재의 위치나 상태를 능동적으로 유지하는 방식이다.13

• 특징: 정지 상태에서도 서보 모터가 활성화되어 있어 외부 힘에 저항하거나 정지 자세를 유지할 수 있다. 동력이 유지되므로 별도의 절차 없이 즉시 운전 재개가 가능하다.55

• 주요 적용: 과거의 안전 표준에서는 동력이 유지된다는 점 때문에 위험 상황에 사용하는 것이 부적절하다고 여겨져 비상정지 기능에는 사용이 금지되었다.13 그러나 제어 시스템의 신뢰성이 비약적으로 발전하면서, 이 방식은 현대 협동로봇의 ‘안전 정격 감시 정지(SRMS)’ 기능을 구현하는 핵심 기술적 기반이 되었다.32 이는 제어 시스템의 안전 기능이 충분히 신뢰할 수 있다면, 동력을 유지하는 것이 오히려 더 안전하고 생산적일 수 있다는 안전 패러다임의 변화를 보여주는 중요한 사례다.

4.4 위험성 평가에 따른 정지 범주 선택 전략

어떤 정지 범주를 선택할 것인가는 임의로 결정할 수 있는 사안이 아니다. 이는 반드시 해당 기계에 대한 상세한 위험성 평가(Risk Assessment) 결과에 따라 결정되어야 한다.13

평가 시 고려해야 할 주요 요소는 다음과 같다.

• 기계의 관성: 관성이 큰 부품은 정지 범주 0으로 정지 시 제동 거리가 길어져 위험할 수 있다.

• 정지 시간 요구사항: 위험 발생 시 인체가 위험점에 도달하기 전에 기계가 완전히 멈춰야 한다.

• 정지 시 발생 가능한 2차 위험: 동력 차단으로 인해 가공물이 낙하하거나 클램프가 풀리는 등의 위험이 있는가?

• 재시작의 신속성 및 정밀도 요구: 정지 후 정밀한 위치를 유지해야 하거나 빠른 재시작이 필요한가?

예를 들어, 중력의 영향을 받는 수직 축 로봇의 경우, 단순히 동력을 차단하는 정지 범주 0은 암(Arm)의 낙하라는 심각한 2차 위험을 유발할 수 있다. 따라서 이 경우에는 모터 브레이크를 즉시 체결하는 기능이 포함된 제어 정지(정지 범주 1)가 훨씬 더 안전한 선택이다.19

4.5 IEC 60204-1 정지 범주 비교

5. 핵심 비교 분석: 비상정지 vs. 보호정지

지금까지 논의된 내용을 바탕으로, 비상정지와 보호정지의 핵심적인 차이점을 다각도에서 명확하게 비교 분석한다. 이 비교는 현장에서의 오용을 방지하고 각 기능의 고유한 역할과 책임을 명확히 인지시키는 데 목적이 있다.

5.1 트리거(Trigger): 인간의 의도적 행위 vs. 시스템의 자동 감지

• 비상정지: 예측 불가능한 비상 상황에서 인간의 **‘단일 행위’**에 의해서만 작동된다.5 이는 작업자의 판단과 의도적인 조작이 개입되는 수동적(Manual) 기능이다.

• 보호정지: 사전에 정의된 안전 조건(예: 안전 구역 침범)을 시스템이 **‘자동으로 감지’**하여 작동된다.32 이는 센서와 제어 로직에 의해 이루어지는 자동화된(Automatic) 기능이다.

5.2 목적: 발생한 위험 회피 vs. 잠재적 위험 예방

• 비상정지: 이미 발생했거나 발생이 임박한 위험 상황을 **‘회피(avert)’**하거나 그로 인한 피해를 ‘줄이는(reduce)’ 것이 주된 목적이다.5 이는 이미 위험이 가시화된 후에 작동하는

반응적(Reactive) 안전 조치에 해당한다.

• 보호정지: 작업자가 위험 구역에 접근하는 등 잠재적인 위험 상황을 사전에 감지하여 사고 발생 자체를 **‘예방(prevent)’**하는 것이 목적이다.38 이는 위험이 현실화되기 전에 작동하는

예방적(Proactive/Preventive) 안전 조치에 해당한다.

5.3 재시작(Reset): 수동 해제 필수 vs. 조건부 자동 재개

• 비상정지: 반드시 작업자가 비상정지 장치를 물리적으로 수동 해제(unlatch)하고, 이후 별도의 시작(Start) 명령을 내려야만 재가동이 가능하다.19

자동 재시작은 어떠한 경우에도 허용되지 않는다. 이는 비상 상황의 원인이 완전히 해결되었음을 인간이 확인하는 절차를 강제하기 위함이다.

• 보호정지: 위험 요인이 해소되면(예: 작업자가 감지 구역에서 벗어나면) 시스템이 자동으로 운전을 재개할 수 있다. 단, 이는 위험성 평가를 통해 작업자가 시스템 내부에 남아있을 가능성(예: 전신 접근, whole-body access)이 없고, 자동 재시작으로 인한 추가 위험이 없음이 명확히 확인된 경우에만 허용된다. 만약 작업자가 내부에 갇힐 위험이 있다면, 반드시 수동 리셋 장치를 별도로 설치해야 한다.32

5.4 적용 표준 및 법규

• 비상정지: 기계류 지침(Machinery Directive) 2006/42/EC에 따라 대부분의 기계에 의무적으로 요구되며, ISO 13850과 IEC 60204-1 등 범용적인 기계 안전 표준에서 포괄적으로 다룬다.5

• 보호정지: 모든 기계에 의무적인 것은 아니며, 위험성 평가 결과 필요하다고 판단될 때 적용된다. 주로 ISO 10218-1/-2(로봇 안전), ISO/TS 15066(협동로봇) 등 특정 애플리케이션의 안전 표준에서 그 요구사항과 구현 방법을 구체적으로 다룬다.29

5.5 비상정지와 보호정지의 주요 특성 비교

6. 위험성 평가 기반의 최적 정지 기능 선정

이론적 지식을 바탕으로 실제 산업 현장에서 어떤 정지 기능을, 어느 정도의 신뢰도 수준으로 구현해야 하는지를 결정하는 체계적인 방법론을 이해하는 것은 매우 중요하다. 모든 안전 설계의 출발점은 주관적 판단이 아닌, 객관적이고 정량적인 위험성 평가여야 한다.

6.1 기능 안전 표준의 역할: ISO 13849-1(PL) 및 IEC 62061(SIL)

안전 기능은 단순히 작동하는 것만으로는 충분하지 않다. ‘얼마나 신뢰성 있게 작동하는가’, 즉 ’고장 날 확률이 얼마나 낮은가’를 정량적으로 관리해야 한다. 기능 안전(Functional Safety) 표준은 이를 위한 공학적 프레임워크를 제공한다.

• ISO 13849-1은 **성능 수준(Performance Level, PL)**이라는 척도를 사용한다. PL은 ’a’부터 ’e’까지 5단계로 구분되며, PL e가 가장 높은 신뢰도 수준을 의미한다. PL은 시간당 위험측 고장 확률(PFH_D, Probability of dangerous Failure per Hour)로 정의된다.

• IEC 62061은 **안전 무결성 수준(Safety Integrity Level, SIL)**이라는 척도를 사용한다. 기계 분야에서는 SIL 1부터 SIL 3까지 3단계로 구분되며, SIL 3가 가장 높은 신뢰도를 의미한다.

이 두 표준은 서로 다른 방법론을 사용하지만, 궁극적으로는 안전 관련 제어 시스템(SRP/CS 또는 SCS)이 고장 나더라도 안전한 상태를 유지할 수 있는 능력을 정량화하고 검증하는 것을 목표로 한다.7

일반적으로 비상정지 기능은 최소 PL c 또는 SIL 1 이상의 신뢰도 수준을 만족해야 한다.8 보호정지 기능은 위험성 평가 결과에 따라 이보다 더 높은 수준(예: PL d 또는 PL e)을 요구할 수 있다. 예를 들어, 작업자가 로봇과 직접적으로 상호작용하는 협업 애플리케이션의 보호정지 기능은 매우 높은 신뢰도가 요구될 것이다.51

6.2 위험성 평가 절차: 요구 성능 수준(PLr) 결정

안전 기능에 요구되는 신뢰도 수준, 즉 **요구 성능 수준(Required Performance Level, PLr)**은 위험성 평가를 통해 결정된다. ISO 13849-1은 이를 위해 다음과 같은 세 가지 파라미터를 사용한 위험 그래프(Risk Graph) 방법을 제시한다.7

1. S (Severity of injury, 상해 심각성): 해당 위험으로 인해 발생할 수 있는 상해의 정도.

• S1: 경미한 상해 (타박상, 찰과상 등, 일반적으로 회복 가능)

• S2: 심각한 상해 (신체 일부 절단, 사망 등, 회복 불가능)

2. F (Frequency and/or exposure to hazard, 위험 노출 빈도 및/또는 시간): 작업자가 해당 위험에 얼마나 자주 또는 오랫동안 노출되는가.

• F1: 드묾 (1년에 한 번 이하) ~ 비교적 드묾 (2주에 한 번 이하)

• F2: 잦음 (2주에 한 번 이상) ~ 지속적

3. P (Possibility of avoiding hazard, 위험 회피 가능성): 위험 상황이 발생했을 때 작업자가 스스로 피할 수 있는 가능성.

• P1: 특정 조건 하에서 회피 가능 (예: 기계의 움직임이 느릴 때)

• P2: 거의 회피 불가능 (예: 기계의 움직임이 매우 빠를 때)

이 세 가지 파라미터를 순서대로 평가하고 위험 그래프를 따라가면, 해당 위험을 줄이기 위해 설치해야 할 안전 기능이 갖추어야 할 최소한의 신뢰도 수준, 즉 PLr이 ’a’부터 ’e’까지 객관적으로 결정된다.

6.3 위험성 평가 기반의 정지 기능 선택 프로세스

1. 위험원 식별: 기계의 모든 수명 주기(설치, 운전, 유지보수, 폐기)에서 발생할 수 있는 모든 기계적, 전기적, 열적 위험 등을 식별한다.

2. 위험 추정: 식별된 각 위험원에 대해 S, F, P 파라미터를 평가하여 PLr을 결정한다.

3. 위험 감소 대책 수립:

• 가장 먼저, 위험원 자체를 제거하거나 줄이는 **본질적 안전 설계(Inherently Safe Design)**를 고려한다.

• 이후, 고정 가드, 인터록 가드 등 방호 장치를 적용한다.

• 이러한 조치 후에도 남아있는 **잔여 위험(Residual Risk)**에 대해 보호정지(감응형 방호 장치)와 비상정지(보완적 보호 조치)를 설계한다.

• 선택 기준: 작업자가 정상 작업 과정에서 위험 구역에 빈번하게 접근해야 하고, 그 과정이 예측 가능하다면 보호정지가 효과적인 위험 감소 대책이 된다. 반면, 예측 불가능한 기계 오작동, 제어 시스템 오류, 인적 오류 등 모든 잠재적 시나리오에 대비하기 위해 비상정지는 거의 모든 기계에 기본적으로 요구된다.

4. 안전 기능 검증(Validation): 설계된 비상정지 및 보호정지 회로가 앞서 결정된 PLr을 만족하는지, 시스템 아키텍처(Category), 부품의 평균 위험 고장 시간(MTTF_d), 진단 범위(DC), 공통 원인 고장(CCF) 등을 고려하여 계산하고 검증한다.

6.4 산업재해 사례 분석을 통한 교훈

실제 산업재해 사례는 올바른 안전 기능 선택의 중요성을 명확히 보여준다. 최근 수년간 발생한 로봇 관련 중대재해 사례들을 분석해 보면 공통적인 원인을 발견할 수 있다.1

• 사례: 용접 로봇의 유지보수 작업을 위해 작업자가 안전 펜스 내부로 진입했으나, 로봇이 정지되지 않은 상태에서 불시에 기동하여 작업자가 협착 사망.2

• 원인 분석: 이 사고의 직접적인 원인은 ▲위험 구역 진입 시 로봇 운전 미정지, ▲안전 펜스 출입문의 인터록 기능 해제 또는 미설치, ▲작업자 감지를 위한 안전 매트나 레이저 스캐너 등 감응형 방호장치 미설치 등이다.

이러한 사고들은 비상정지 버튼이 설치되어 있었다 하더라도 막기 어려웠을 가능성이 높다. 비상정지는 작업자가 위험을 인지하고 직접 버튼을 누를 수 있을 때만 유효하기 때문이다. 반면, 문이 열리거나 사람이 진입하는 것을 시스템이 자동으로 감지하여 작동을 멈추는 보호정지 시스템이 제대로 구축되고 유지되었다면 사고를 예방할 수 있었을 것이다. 이는 비상정지만으로는 일상적인 작업 중의 위험을 예방하는 데 명백한 한계가 있으며, 작업자의 행동이나 상태를 자동으로 감지하고 대응하는 보호정지 시스템의 구축이 필수적임을 보여주는 강력한 증거다.

결론적으로, 비상정지와 보호정지는 ’둘 중 하나를 선택’하는 문제가 아니라, 위험성 평가에 기반하여 ’어떻게 조합’할 것인가의 문제이다. 이 두 기능은 서로 다른 종류의 위험과 시나리오를 다루기 때문에, 상호 배타적인 관계가 아니라 다층적 방어(Defense in Depth) 전략을 구성하는 상호 보완적인 필수 요소이다.24 보호정지는 ’예측된 위험 시나리오’에 대한 자동화된 1차 방어선 역할을 하며, 비상정지는 그 외 ’예측되지 않은 모든 비상 상황’에 대응하는 최종적인 수동 개입 수단이다. 최적의 안전 시스템은 이 두 기능을 어떻게 조화롭게 통합하여 모든 잔여 위험을 허용 가능한 수준으로 낮추는가에 달려 있다.

7. 결론

본 안내서는 현대 산업 현장에서 안전의 핵심을 이루는 비상정지와 보호정지의 개념, 기술적 요구사항, 그리고 적용 방안을 심층적으로 분석하였다. 두 기능의 명확한 구분을 통해 안전 시스템 설계의 정확성을 높이고, 궁극적으로 산업재해를 예방하는 데 기여하고자 하였다.

보고서의 핵심 내용을 요약하면 다음과 같다.

• 근본적인 철학의 차이: 비상정지는 예측 불가능한 위험에 대응하는 **‘인간 주도의 반응적 조치(Human-driven, Reactive Measure)’**인 반면, 보호정지는 예측 가능한 위험을 사전에 차단하는 **‘시스템 주도의 예방적 조치(System-driven, Proactive Measure)’**이다. 이 근본적인 철학적 차이를 이해하는 것이 올바른 안전 설계의 첫걸음이다.

• 통합적 안전 설계의 중요성: 성공적인 안전 시스템은 특정 장치나 기능을 단편적으로 도입하는 것으로 완성되지 않는다. 기계의 설계부터 폐기까지 전 수명 주기를 고려한 포괄적인 위험성 평가에서 시작되어야 한다. 이 체계적인 과정을 통해 각 위험의 특성에 맞는 최적의 정지 기능(비상정지, 보호정지), 기술적 구현 방식(정지 범주), 그리고 요구되는 신뢰도 수준(PL/SIL)이 논리적으로 도출되어야 한다. 비상정지와 보호정지는 상호 보완적으로 작동하며 다층적인 안전망을 구축한다.

• 미래 전망: 지능형 안전의 진화: 기술은 멈추지 않는다. 인공지능(AI) 기반의 3D 비전 시스템과 융합 센서 기술의 발전은 보호정지 기능을 더욱 지능화하고 정교하게 만들 것이다.59 미래의 안전 시스템은 단순히 설정된 구역을 감지하는 것을 넘어, 작업자의 행동 패턴과 의도를 예측하여 위험한 동작을 사전에 경고하거나, 복잡한 비정형 환경에서도 인간과 기계, 자재를 정확히 구분하여 불필요한 정지를 최소화하고 생산성을 극대화하는 방향으로 발전할 것이다. 이는 인간과 기계가 완벽한 신뢰를 바탕으로 공존하는, 더욱 안전하고 유연한 미래의 생산 환경을 구현하는 핵심 기술이 될 것이다.

8. 참고 자료

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