크레인 충돌 방지 시스템!

우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 ‘크레인’은 산업 현장에서 없어서는 안 되는 아주 중요한 장비 중 하나입니다.

이렇게 중요한 크레인은 때로는 작업자들의 안전을 위협하기도 하고, 아차하는 순간의 실수가 돌이킬 수 없는 대형 인명 피해로 이어지곤 합니다.

2017년 한 해에만 타워크레인 사고로 17명의 작업자가 생명을 잃었습니다. 연일 계속되는 크레인 사고로 인해 정부는 안전 시스템 도입을 의무화 하였습니다.

크레인

(source: https://za.pinterest.com/pin/243687029818692361/)


다양한 사고 원인 중 크레인 간 충돌에 의한 사고도 빈번하게 발생하는데요. 크레인 운전 환경에 대해 알아보면, 그 원인을 알 수 있습니다.

2~3평 남짓한 캐빈(운전실)에서 하루 8시간 이상 아래만 보면서 크레인을 조작한다고 합니다. 우리가 3~4시간 차량 운전할 때를 생각해보면, 기사님들의 피로도를 조금이나마 짐작할 수 있습니다. 장시간 조작 뿐만 아니라, 계속되는 신호수 무전을 받아가면서, 주변 크레인의 움직임까지 파악하며 장시간 집중하기란 쉬운 일은 아닌 듯 합니다.


캐빈

(source: https://www.youtube.com/watch?v=S8O0Jczs7Do)


이러한 상황 속에서 크레인 충돌 방지 시스템은 탄생하게 되었습니다. 운전자 또는 신호수 분들이 순간적으로 놓칠 수 있는 인접 크레인의 접근을 자동으로 알려주어 충돌을 예방하는 장치인 크레인 충돌 방지 시스템에 대해 알아보겠습니다.

시스템 동작원리

충돌 위험을 알기 위해서는 개별 크레인의 움직임을 측정해야합니다. 크레인의 팔이 회전하는 것을 스윙(Swing 또는 Slewing)이라고 부르고 팔이 상하로 움직이는 것은 러핑 (luffing)이라고 합니다. 각각 움직임을 측정하기 위해 스윙 센서경사 센서를 사용합니다.

anti-collision

스윙 센서의 원리

스윙(크레인 팔의 회전)을 측정하기 위해 지자기 센서를 사용합니다. (디지털 나침반이라고도 부릅니다)

우리가 사는 지구 전체에는 자석의 성질을 띠는 자기장으로 둘러싸여 있는데 이를 지구 자기장, 지자기라고 합니다. 평균적으로 20~80μT (마이크로 테슬라) 자력을 띠고 대한민국은 50~100μT 자력을 띠고 있습니다.

이러한 자력의 세기를 통해 내가 현재 향하고 있는 방향 즉 방위를 알 수 있게 됩니다. (진북을 0° 기준으로 해서 현재 방향을 0~360° 수치로 나타낼 수 있습니다)

예를 들어 현재 나의 방위가 90°이다라고 하면 나는 동쪽으로 향하고 있다라고 생각하시면 쉬울 것 같네요.

이런 식으로 크레인의 팔이 향하는 방향을 0.1° 단위로 실시간 측정하여 스윙 방향과 속도를 매우 정확하게 알 수 있게 됩니다.

지자기

(source: https://mysteriousuniverse.org/2016/05/earths-magnetic-field-is-weakening-and-we-dont-know-why/)

지자기를 통한 방향 측정 방식이 항상 정확한 것은 아닙니다. 기온 변화, 주변 구조물 또는 장치에 의해 자기장의 세기는 왜곡 될 수 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 소프트웨어적인 처리 및 현장 검교정이 필요합니다.

센서검교정

경사 센서의 원리

이번에는 크레인 팔이 상하로 기울어지면서 움직이는 Luffing 모션에 대해 알아보겠습니다. 우리가 사는 지구에서는 항상 1g(~9.81m/s²)만큼 중력이 작용하고 있습니다. 너무 익숙해서 느끼지는 못하지만요.

이제 센서를 기울이면 기울어진 각도만큼 그 힘이 분산됩니다.

아래 그림처럼 물기둥에 의해 아랫면에 가해지는 힘이 기울어짐에 따라 아랫면과 옆면으로 압력이 분산되는 것과 같은 원리입니다.

그렇다면 아랫면에 가해지는 힘을 정확히 알 수 있다면 기둥이 얼마나 기울어 졌는지도 정확히 알 수 있습니다.

경사센서원리

경사 센서의 출력값과 크레인의 구조를 바탕으로 매우 정확한 크레안 팔의 움직임을 측정할 수 있게 됩니다.

경사센서설치

[센서 설치 모습]



이렇게 측정된 개별 크레인들의 움직임을 통해 상대 크레인과의 거리를 측정할 수 있고 충돌 위험이 있는 거리 이내로 근접하게 되면 알람을 통해 운전자나 신호수에게 알려주게 됩니다.

크레인충돌방지시스템

[크레인 충돌방지 시스템]