1. 재난안전 액추에이터 개발 배경 및 필요성

산업 현장의 밸브 및 수문 제어 시스템은 단순한 개폐 기능을 넘어 설비의 정밀한 제어와 작업자의 안전을 동시에 확보하는 방향으로 발전하고 있다. 상하수도 시설, 발전소, 플랜트, 가스 설비 등의 산업 현장에는 밀폐 공간, 유해 가스, 침수, 고온 등 다양한 위험 요인이 존재하며, 이러한 환경에서는 설비의 원격 운용뿐만 아니라 주변 환경 정보를 사전에 파악하고 위험 상황에 대응할 수 있는 기능의 중요성이 증가하고 있다.

기존 전동 액추에이터 중 기어식 위치 전달 구조를 적용한 제품은 반복적인 정·역회전 및 장기간 운전 과정에서 기어 간 유격(백래시)에 따른 위치 전달 오차가 발생할 수 있다. 또한 일반적인 전동 액추에이터는 밸브의 구동 및 위치 제어를 주목적으로 하기 때문에 주변의 산소 농도, 유해 가스, 온도, 누수 등의 환경 정보를 자체적으로 수집하고, 이를 제어에 활용하는 기능에는 한계가 있다.

따라서 위험 환경을 관리하기 위해서는 별도의 센서, 데이터 수집 장치 또는 현장 점검 체계가 요구될 수 있으며, 특히 밀폐 공간이나 유해 가스 발생 가능성이 있는 장소에서는 작업자의 현장 접근 이전에 위험 상태를 확인하고 설비를 원격으로 제어할 수 있는 체계가 필요하다.

이러한 요구에 대응하기 위해 개발한 백래시 저감·위험 환경 대응형 사고방지 액추에이터는 기존 전동 액추에이터의 구동 및 위치 제어 기능에 백래시 저감 구조, 위험 환경 감지 그리고 자동 대응 제어 및 유무선 통신 기능을 통합한 지능형 전동 액추에이터이다.

재난안전 액추에이터는 백래시 저감 구조를 적용하여 위치 검출의 정확도와 신뢰성을 향상시키고, 외부 환경 센서와 연동하여 산소 농도, 유해 가스, 온도, 누수·수위 등의 현장 정보를 수집할 수 있도록 설계하였다. 또한 설정된 기준값을 초과하는 위험 상태가 감지될 경우 액추에이터 정지, 완전 열림·닫힘 설정 개도로의 이동, 현장 경보 및 상위 시스템으로의 정보 전송 등의 대응 로직을 수행할 수 있다.

이를 통해 기존 액추에이터의 단순 구동 기능을 넘어 설비 주변의 위험 환경을 감지하고, 감지된 정보를 실제 설비 제어와 연계함으로써 작업자의 위험 환경 노출을 줄이고, 산업 현장의 사고 위험 저감에 기여할 수 있는 운용 체계를 구현하였다.

산업 설비의 자동화·디지털화와 함께 전동 액추에이터의 적용 범위가 확대되고 있으며, 설비 상태뿐만 아니라 주변 환경정보를 함께 수집하고 중앙관제 및 원격 유지보수 기능과 연계할 수 있는 스마트 액추에이터의 필요성도 증가하고 있다. 특히 밀폐 공간, 유해 가스 발생 가능 지역, 침수 위험 지역 등 작업자의 직접 접근에 위험이 수반될 수 있는 산업 현장에서는 환경 정보의 사전 확인과 비접촉·원격 운용을 지원할 수 있는 설비의 활용 가치가 높을 것으로 판단된다.

2. 제품의 핵심 기술 및 차별화 요소

재난안전 액추에이터의 핵심 경쟁력은 기존 액추에이터가 담당하던 구동 및 위치 제어 기능에 백래시 저감 구조, 위험 환경 감지, 자동 대응 제어 및 유무선 통신 기능을 하나의 액추에이터 플랫폼으로 통합했다는 점에 있다. 각각의 기능을 단순히 추가하는 방식이 아니라 센서로부터 수집된 환경 정보를 액추에이터의 제어 기능과 연계하고, 그 결과를 현장 경보 및 상위 관제시스템으로 전달할 수 있도록 구성함으로써 기존 전동 액추에이터와 차별화하였다.

(1) 백래시 저감 구조 기술

스위치 유닛 내부의 기어 전달부에 백래시 저감 구조를 적용하여 기어 간 유격으로 발생할 수 있는 위치 전달 오차를 최소화하였다. 기어의 맞물림 상태를 안정적으로 유지함으로써 정·역방향 동작 시 발생할 수 있는 위치 전달 오차와 반응 지연을 줄이고, 포텐셔미터를 이용한 밸브 개도 검출의 정확도와 반복성을 향상시킬 수 있도록 설계하였다.

또한 반복적인 정·역회전이 이루어지는 액추에이터의 운전 특성을 고려하여 장기간 사용 환경에서도 안정적인 위치 검출 성능을 유지할 수 있도록 구조적으로 보완하였다.

•관련 특허 : 제10-1615894호 「백래시 방지 기어 장치」

•차별 포인트 : 위치 전달 지연 저감, 포텐셔미터 기반 위치 신호 정확도 향상

(2) 위험 환경 감지 및 자동 대응 기술

액추에이터 내부에 아날로그 2채널 및 디지털 4채널의 센서 입력 인터페이스를 구성하여 외부 환경 센서의 신호를 액추에이터가 직접 입력받아 제어에 활용할 수 있도록 하였다. 산소 농도, 황화수소 등의 가스 센서, 온도 센서, 누수·수위 센서 등 다양한 외부 센서와 연동할 수 있으며, 별도의 외부 데이터 수집·제어 장치에 대한 의존도를 낮추고 액추에이터 자체에서 현장 환경정보를 수집·처리할 수 있도록 구성하였다.

수집된 센서 데이터가 사용자가 설정한 기준값을 초과할 경우 액추에이터 정지, 완전 열림, 완전 닫힘, 지정 개도로 이동 등의 사전 설정된 제어 로직을 수행할 수 있다. 또한 부저 및 경광등을 통한 현장 경보와 상위 관제시스템으로의 위험정보 전송을 연계함으로써 작업자가 위험 지역에 직접 접근하기 전에 현장 상태를 확인하고 필요한 조치를 수행할 수 있도록 지원한다.

•관련 특허 : 제10-2946914호 「밀폐 공간 사고 저감을 위한 지능형 전동 조작기 시스템」

•차별 포인트 : 작업자의 현장 접근 전 위험 상태 사전 확인, 비접촉 운용 지원, 사고 예방 중심 제어

(3) 통신형 스마트 액추에이터 기술

액추에이터 내부에서 운전 정보 및 센서 데이터를 수집·처리하고, 유선 및 무선 통신을 통해 중앙관제시스템 또는 작업자 단말과 연계할 수 있도록 설계하였다. 이를 통해 별도의 외부 데이터 수집 장치에 대한 의존도를 낮추면서 액추에이터의 운전 상태와 센서 데이터를 상위 시스템으로 전송할 수 있다. 

또한 블루투스 기반의 현장 점검 및 설정 기능을 지원하고, HMI/SCADA 등 상위 시스템과의 연계를 통해 설비 상태 및 주변 환경 정보를 원격에서 확인할 수 있도록 구성하였다.

•관련 특허 : 제10-2068240호 「데이터 서버 기능을 탑재한 통신형 액추에이터」

•차별 포인트 : 중앙관제 연동, 무선 유지보수, 설비 정보 디지털화, 운전 이력 기반 관리 가능

(4) 통합형 혁신의 의미

재난안전 액추에이터는 기존 액추에이터의 핵심 기능인 밸브 구동 및 위치 제어에 기계적 위치 검출 정밀도 향상, 위험 환경 감지, 자동 대응 제어, 현장 경보 및 유무선 통신 기능을 하나의 플랫폼으로 통합하였다. 특히 환경 센서의 정보를 단순히 모니터링하는 데 그치지 않고, 수집된 데이터를 실제 액추에이터의 동작과 연계할 수 있도록 구성한 것이 주요 특징이다.

이를 통해 위험 상태 발생 시 감지 → 판단 → 액추에이터 제어 → 현장 경보 → 상위 시스템 정보 전송으로 이어지는 일련의 대응 체계를 구성할 수 있다. 이러한 통합 구조는 별도의 장치를 조합하여 시스템을 구성하는 방식에 비해 시스템 구성의 복잡성과 현장 장치 간 인터페이스를 줄이고, 설비 운영 및 유지관리의 효율성을 향상시키는 데 기여할 수 있다.

재난안전 액추에이터는 전동 액추에이터의 기본적인 밸브 및 수문 구동 성능을 유지하면서 현장 안전과 운영 효율 향상을 위한 센서 연동, 자동제어, 현장 경보, 원격 모니터링 및 유무선 통신 기능을 제공한다. 각 기능은 독립적으로 동작하는 것이 아니라 센서 입력부터 액추에이터 제어 및 상위 시스템 정보 전달까지 상호 연계되도록 구성하여 실제 산업 현장에서의 활용성을 높였다.

•실시간 환경 모니터링 : 산소 농도, 유해 가스, 온도, 누수·수위 등 위험 요인 상시 감지

•자동 대응 제어 : 위험 상태 감지 시 정지, 완전 열림, 완전 닫힘, 개도 조절 등 사전 설정 로직 수행

•현장 경보 기능 : 부저 및 경광등을 통한 시청각 경보 제공

•정밀 위치 제어 : 백래시 저감 구조 적용으로 위치 전달 오차 및 반응 지연 최소화

•스마트 연동 : 중앙관제서버, 작업자 단말, 블루투스 앱, HMI/SCADA와 연계 지원

•비접촉 운용 : 위험 환경에서 작업자의 직접 접근을 줄여 안전한 설비 운영 지원

3. 제품 사양 및 기술 자료

액추에이터 본체를 중심으로 밸브구동부, 환경모니터링부, 현장경보부, 제어부, 백래시 저감 구조부가 유기적으로 결합된 통합형 액추에이터이다. 표 1과 같이 핵심 사양을 요약하였다.

4. 시험·인증 및 기술적 우수성

재난안전 액추에이터는 특허 기반의 핵심 기술을 실제 제품에 적용하였으며, 제3자 시험 및 현장 실증을 통해 주요 기능과 성능에 대한 검증을 수행하였다. 특히 백래시 저감 구조, 센서 기반 위험 환경 감지 및 대응, 통신 기반 모니터링 등의 기술을 실제 액추에이터에 적용하여 단순한 개념 또는 아이디어 수준이 아닌 실제 산업 현장 적용을 고려한 제품으로 개발하였다.

•관련 핵심 기술 특허 보유 및 제품 적용

•공인시험기관을 통한 제3자 검증 완료

•K-WATER 현장 설치 및 운용 실증 수행

•한국가스공사 기술 검증

기술적 차별성은 단일 성능의 개선에 한정되지 않고 기계적 정밀도 향상(백래시 저감), 기능적 확장(센서 입력 및 자동제어), 안전 대응(현장 경보 및 위험정보 활용), 운영 디지털화(통신 및 원격 모니터링)를 하나의 액추에이터 플랫폼에 통합했다는 점에 있다. 또한 실제 제품을 대상으로 제3자 시험과 현장 실증을 수행함으로써 주요 기술의 현장 적용 가능성을 검증하였으며, 공공부문 및 산업 현장 도입 시 제품의 기술적 신뢰성을 뒷받침하는 요소가 될 수 있다.

특히 밀폐 공간, 유해 가스 발생 가능 지역, 침수 위험 지역 등 작업자의 직접 접근에 위험이 수반될 수 있는 환경에서 센서 정보를 활용하여 위험 상태를 사전에 확인하고 액추에이터의 제어 및 경보 기능과 연계할 수 있다. 따라서 본 제품은 기존 전동 액추에이터의 구동·제어 기능을 기반으로 위험 환경 감지와 대응 기능을 추가하여 작업자의 위험 환경 노출을 줄이고 사고 위험 저감을 지원하는 지능형 설비로 활용할 수 있으며, 산업 현장의 안전 관리 강화 및 설비 디지털화 방향에도 부합한다.

5. 제품 사진 및 구성도

재난안전 액추에이터는 기존 전동 액추에이터의 기본적인 구동 구조를 기반으로 백래시 저감 구조, 센서 인터페이스, 현장 경보 및 통신 기능을 통합하여 구성하였다. 각 기능은 액추에이터 내부 제어부와 연계되어 센서 정보의 수집부터 위험 상태 판단, 설비 제어, 현장 경보 및 상위 시스템 정보 전송까지 일련의 기능을 수행할 수 있도록 설계하였다. 

(1) 시스템 구성도

시스템은 환경 정보 수집 → 위험 상태 판단 → 액추에이터 제어 → 현장 경보 → 중앙관제 및 작업자 정보 제공의 흐름으로 구성된다. 또한 산소 농도, 유해 가스, 온도, 누수·수위 등의 외부 센서로부터 입력된 정보는 액추에이터 내부 제어부에서 수집·처리되며, 설정된 기준값과 비교하여 위험 상태를 판단한다.

위험 상태가 감지되면 설정된 제어 조건에 따라 액추에이터의 정지, 완전 열림·완전 닫힘 또는 지정 개도로의 이동 등의 동작을 수행할 수 있으며, 동시에 부저·경광등을 이용한 현장 경보와 유무선 통신을 통한 중앙관제시스템 및 작업자 단말로의 정보 전달이 가능하다. 이를 통해 단순한 환경 모니터링에 그치지 않고, 감지된 위험 정보를 실제 액추에이터 제어와 연계하는 능동형 대응 구조를 구현하였다.

(2) 제품 분해도 및 주요 구성

제품 내부는 구동부, 감속부, 스위치 유닛, 제어부 및 통신·센서 인터페이스 등으로 구성되며, 각 구성요소가 하나의 액추에이터 내부에서 연계되어 동작한다. 특히 스위치 유닛의 기어 전달부에는 백래시 저감 구조를 적용하여 기계적인 위치 전달 오차를 줄이고, 제어부에는 외부 환경 센서와 연동하기 위한 아날로그 및 디지털 입력 인터페이스와 통신 기능을 구성하였다.

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