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개방형 컨트롤러로 배치 사이즈 1 실현
개방형 컨트롤러로 배치 사이즈 1 실현
  • MSD
  • 승인 2018.08.09 10:27
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생산 유연성·경제적 효율성 극대화

제조사에게 중요한 과제는 균일한 품질의 양산을 유지하는 동시에 완전히 자동화된 주문 생산 방식을 통한 자재 활용성의 극대화이다. PLC와 IPC 기술을 안정적이고 유연한 개방형 시스템으로 활용하도록 하는 오픈컨트롤러는OpenController가 이러한 과제의 효과적인 해답이 될 수 있다.  

독일의 뷔르클레Burkle는 프레스와 코팅을 주력으로 하는 기계 제조 기업이다. 개별 고객과 산업에 맞춰 제공되는 효율적인 엔지니어링은 뷔르클레의 핵심 역량인 동시에 지속적인 과제이다. 이를 위해 뷔르클레는 지멘스의 ET 200SP 오픈컨트롤러OpenController와 TIA포탈TIA Portal 엔지니어링 프레임워크를 사용하여 필요한 각 시설의 구조를 크게 간소화하고, 자동화된 유연한 주문식 생산 설비를 구현했다.

복잡한 시퀀스 구현을 간소화
오픈컨트롤러는 공장 자동화에 사용되는 사전구성된pre-installed 컴퓨팅 프로세스 유닛으로 윈도우 기반 IPC 부문과 소프트웨어 PLC로 사용할 수 있는 PC 기반 시매틱Simatic S7-1500 버전을 모두 포함한다. 또 고객 요청에 따라 페일세이프티fail safety 버전도 적용할 수 있다.

소프트웨어 PLC는 윈도우와는 완전히 별도로 운영되며, 전용 프로세서 코어를 사용해 윈도우와 병행하여 고유한 실시간 운영 체제를 실행한다. 따라서 하드웨어 PLC만큼 신뢰할 수 있고, 성능이 뛰어나며, 안정적이다. 윈도우가 업데이트 중이거나 새로 시작할 때도 오픈컨트롤러의 PLC는 중단 없이 작동하며, ET 200SP I/O 시스템용 PROFINET 지원 마스터 컨트롤러와 마찬가지로 제어/IT 및 작업 현장 수준에서 뛰어난 연결성을 기본 제공한다. 

뷔르클레는 기계 제어 시스템과 마스터 PC 소프트웨어, 그리고 개방형 루프 안전 제어에 이르기까지, 모든 소프트웨어 구성 요소를 자체 개발하여 적용했다.

주문식 완전 자동화 생산
네덜란드의 도어 제조업체인 레인나르드듀렌Reinaerdt Deuren은 도어 리프 블랭크를 주문식으로 완전 자동화 시설에서 생산할 수 있게 하는 뷔르클레의 자동화 시스템에 주목했다. 

새로운 생산 시설에서는 샌드위치식 구조에 프레임, 인레인과 커버 레이어를 포함하는 도어 리프 블랭크가 생산되며, 대칭/비대칭 조정으로 중첩된 빔을 포함한 중간 레이어도 제작된다. 빔 처리되는 자재는 연한 목재와 단단한 목재, 합성 자재까지 다양하며, 인레이의 경우에는 미네랄 울 하드 플레이트와 같은 특수 자재가 사용되기도 한다. 

카르슈텐 헹켄요한 프로젝트 매니저는 “시중에 존재하는 모든 종류의 도어 리프가 고객이 원하는 사이즈로 완전 자동화된 주문 생산이 이곳에서 이뤄진다”며 “특수 자재를 수동 공급하고 긴급 주문건을 우선적으로 처리할 수 있어 바로 전에 생산된 도어와 완전히 다른 도어를 생산하는 유연성을 갖고 있다”고 강조했다. 

다양한 도어 디자인을 지원하고 표준 사이즈가 아닌 다양한 크기로 제작한다는 것은 개별 스테이션의 생산 프로세스와 파라미터도 천차만별임을 의미한다. 따라서 프로세스 단계별로 도어의 각 구성 요소에 대한 생산 파라미터를 복합적으로 사전 계획하고 추적해야 한다. 즉 논리적으로 배치사이즈1Batch Size 1 생산으로 이어진다.

분산 작업으로 유연성 극대화 
SQL 서버로부터 전송된 생산 주문을 배치별로 나누는 작업은 시스템의 마스터 컴퓨터인 시매틱 박스 PC 427D에서 처리한다. 운영자는 준비된 생산 주문 또는 해당 주문에서 개별 도어를 내보내며, 또한 납기나 자재 가용성 등의 이유로 필요한 경우 다른 주문건이나 배치를 우선적으로 처리할 수 있다. 

마스터 컴퓨터는 PROFINET을 통해 릴리스된 생산 파라미터를 개별 기계 스테이션으로 전송하며, 이 파라미터는 각각의 지정된 기계에 의해 평가되고 구현된다. 10개의 라인 스테이션 가운데 9개가 필요하거나 빔 처리 또는 인레이의 지속적인 본딩과 같이 더욱 복잡한 작업이 필요한 경우, 오픈컨트롤러에서 실행 중인 애플리케이션이 이 작업을 처리하게 된다. 이 프로세스 단계 모두 클록 주기의 포괄적인 계산을 필요로 한다. 

추가로 오픈컨트롤러의 윈도우 부분은 스테이션의 시각화를 호스팅하고 운영과 품질 데이터를 수집하여 마스터 컴퓨터로 전송한다. 이러한 데이터는 부품 및 프로세스 모니터링에 사용되거나 로컬 계산에 사용된다. IPC 애플리케이션은 필요한 서비스 작업을 요청하고 화면을 통해 운영자에게 이에 필요한 정보를 제공할 수 있다.

톱, 밀링 유닛 및 기타 도구의 성능이 기록되고, 최적의 사용량에 도달한 이후에는 도구 변경 요청이 생성된다. 에너지 요구사항이 모니터링되고 통계적으로 기록되며, 전류가 뚜렷하게 상승하는 경우에는 소프트웨어가 운영자와 제어 센터에 경고를 보낼 수 있다. 

주목할 부분은 이 모든 것이 스테이션의 실제 기계 제어 시스템에 부담을 주지 않은 채 이뤄진다는 점이다. 동일한 장치에서 실행되지만 운영이 독립적으로 이뤄지기 때문이다. 소프트웨어 PLC는 오픈컨트롤러 내에서 별도의 프로세서 코어를 갖춘 리얼타임 시스템에서 실행하여 시스템 부하 없는 모니터링을 실현한다. 이 결과로 자동화 아키텍처는 하드웨어와 소프트웨어의 복잡한 시스템 및 워크플로의 명확한 구조화를 지원한다. 

유연한 워크플로우와 높은 가용성
상황별 안전 기능의 구현 간소화도 장점이다. 절단 스테이션의 비상 정지 상황이 발생한 경우, 안전 관점에서는 프레스와 본딩 스테이션이 계속 작동하면 안 된다. 뷔르클레는 마스터 컴퓨터의 박스 IPC에 페일-세이프 기능이 포함된 지멘스 소프트웨어 PLC 를 적용하여 공장의 모든 안전 기능을 구현했다. 이를 통하여 플랜트 장치 및 개별 파트에 따라 각기 다른 안전 대응할 수 있게 되어 가용성을 극대화시켰다. 

안전 기능은 EWFEnhanced Write Filter의 사용으로 컨트롤러에 있는 하나 이상의 파티션을 원치 않는 쓰기 액세스 또는 변경으로부터 보호할 수 있다.


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