장비의 예기치 못한 고장은 생산성을 크게 떨어뜨리고, 금전적 손실을 발생시키는 요인이 된다. 따라서 이상 여부의 사전 점검이 매우 중요하다. AMCOL은 로크웰오토메이션의 Dynamix 상태 감시 모니터링 시스템을 통해 장비 고장으로 인한 예기치 않은 다운타임을 제거했다.

미국 와이오밍주 러블에 위치한 AMCOL(American Colloid Company)의 광산에서는 건조된 벤토나이트 점토를 굴착용 제품과 고양이용 모래 제품으로 가공한다. 가공되지 않은 벤토나이트는 수분 함량이 30% 가까이 되기 때문에 가공 공장에서는 회전식 용광로·유동층 건조기와 기타 건조 장비를 사용해 건조 작업을 진행한다. 건조 과정을 통해 벤토나이트는 연마·혼합·검사 등 후속 공정에 보다 더 적합한 물질이 된다.

베어링·벨트의 마모도 파악
러블 공장에 있는 레이몬드 광물 가공소에서는 다수의 회전 장비를 사용하여 연속 생산을 진행하는데, 각종 장비에서 고장이 발생할 경우 생산 중단으로 이어지게 된다. 건조나 밀링 작업이 중단되면 제품 출고 또한 중단됨은 물론이다.

데이빗 윌커슨(David Wilkerson) AMCOL 러블 공장 전기 및 계측 장치 관리자에 따르면, 밀링 공정에서만 1년에 약 2대 정도의 모터 손상이 발생, 생산에 차질을 빚었다. 모터 손상의 주된 원인은 베어링과 벨트의 마모 때문으로, 마모된 베어링과 벨트가 감지되지 않아 모터 및 권선 손상으로 이어졌던 것이다.

AMCOL 전기 및 기계부서는 문제의 근본 원인을 파악하고 해결하고자 제3자 서비스 공급업체를 통해 월 단위의 진동 수준 측정·분석을 진행했다. 그렇지만 이 서비스의 만족도는 높지 못했다. 시기적절한 데이터를 생성하지 못해 진단 기간 전후에 발생하는 핵심적인 이상을 감지하는데 도움이 되지 않았던 것이다. 또한 가동되지 않는 장비에 대한 데이터를 수집할 수 없는 한계도 존재했다.

이에 AMCOL은 장비 상태에 대한 실행 가능한 정보를 신속하게 확보함으로써 장비 고장으로 인한 모터 손상을 방지하고 예기치 않은 다운타임을 감소시키기를 원했다. 또한 이 과정에서 기존 시스템 아키텍처에 통합되고 투자 자금 회수 기간이 짧은 비용 효율적인 방법을 요구했다.

전체장비의 효율성 향상
상태 모니터링은 전체장비의 효율성(OEE)을 향상시켜 주는 효과적인 방법이다. 특히 Dynamix 상태 감시 모니터링 시스템은 장비의 상태와 성능에 대한 자동 측정과 진단을 통해 핵심 자산을 보호하고 부수적인 피해를 방지하며 유지보수 및 운영 비용을 절감할 수 있어 AMCOL의 요구에 부합했다.

로크웰오토메이션의 글로벌 솔루션 팀이 제공하는 서비스와 솔루션으로 구성된 Dynamix 상태 감시 모니터링 시스템에는 Allen-Bradley XM 시리즈 측정 모듈, Logix 컨트롤러, FactoryTalk 비주얼라이제이션 제품이 통합된다. 또 완전한 시스템 설정과 설치 서비스 및 지원, 고객의 특정 니즈에 맞게 개별화된 모든 필요한 컨트롤러 로직과 디스플레이 개발도 제공된다.

AMCOL을 위해 설계된 솔루션은 회전 요소 베어링 폴트 감지에 적합한 Allen-Bradley XM122 모듈을 Allen-Bradley CompactLogix L35E 컨트롤러와 FactoryTalk View ME HMI 스테이션에 연결하는 다중 시스템이었다.
Dynamix 솔루션은 문제를 미연에 방지할 수 있도록 잠재적인 고장 요인에 대한 조기 경보를 제공하고 지속적으로 공장 장비들의 상태를 평가하고, XM 모듈이 원시 파형을 주파수 스펙트럼으로 변환함으로써 핵심적인 진동 분석을 제공했다. 이때 각 입력이 특정 기계 문제에 대한 조기 경보를 제공할 수 있도록 최대 4개의 다른 주파수 대역을 프로그래밍할 수도 있다. AMCOL은 이를 기반으로 Tech Connect 지원 계약과 감시 및 경보 애드온 옵션을 더해 공장 자산 데이터를 일일 기준으로 모니터링하고 유지보수 작업을 수행했다.

AMCOL 러블 공장의 전기 및 계측 장치 관리자인 데이빗 윌커슨은 “새로운 시스템은 잠재적인 고장에 대해 2~3개월 이전에 사전 경보를 제공하여 유지보수 작업을 예약할 수 있도록 해준다”며 “시스템 이슈에 대한 경보를 누구나 쉽게 이해할 수 있는 문맥으로 제공해주기 때문에, 진동 담당자를 별도로 둘 필요가 없다”고 말했다.

4개월만에 ROI 달성
2009년 11월 상태 모니터링 시스템의 구현이 완료된 후 AMCOL은 다양한 잠재적인 장비 고장을 파악할 수 있게 됐다. AMCOL에 따르면, Dynamix 상태 감시 모니터링 시스템을 구현한 후 아직까지 단 한번도 예기치 않은 모터 고장이 발생하지 않았다.

모터의 재감기나 교체가 필요 없게 되어 절감된 구체적인 비용은 물론 계획에 없던 다운타임과 유지보수 감소 등으로 일반 비용의 절감까지 이뤄낸 것이다. 이처럼 통합된 상태 모니터링은 시스템과 공정을 통합하고 다수의 기술을 활용하여 장비 성능을 모니터링함으로써 AMCOL이 장비의 생산성을 극대화할 수 있게 했다.

일례로 진동 모니터링 시스템에 #4 절삭기의 진동 상승 추세가 표시된 적이 있는데, AMCOL은 세부 검사를 통해 축받이와 롤을 연결하는 절삭기 부품에 큰 균열이 존재함을 발견했다. 이러한 균열이 파손으로 이어졌다면 치명적인 고장으로 연결돼 절삭기 재구축에만 약 9만달러의 비용이 투여돼야만 했다. 하지만 AMCOL은 이상징후를 빠르게 파악하고, 조치(1만4000달러로 해당 부품 교체)함으로써 7만6000달러의 비용절감 절감 효과를 거뒀다. 또 연속 모터 트랜딩을 사용한 다수 모터에 대한 고급 감지 및 통보를 통해 약 1만3000달러가 필요한 모터 전체 교체나 5000달러 이상의 비용이 요구되는 재구축 작업 이전에 1700달러의 모터 베어링만 교체하여 문제를 해결했다.

온라인 모니터링 시스템은 또한 느슨해진 벨트나 레이몬드 가공소의 팬과 드라이브의 비틀림 문제를 감지하는 데에도 핵심적인 툴의 역할을 했다. AMCOL에 따르면 벨트가 느슨해진 상황이 3건 발생했는데, 이는 도르래와 벨트의 손상은 물론 심하면 베어링의 손상으로 이어질 수 있는 문제였다. 팬 베어링의 평균 교체 비용은 900달러이며, 모터 베어링은 1600달러다. 그리고 도르래의 교체 비용과 벨트의 교체 비용은 각각 1650달러와 960달러다. 하지만 문제를 조기 발견함으로써 모터 밀 팬 3개의 벨트를 조이는 것만으로 AMCOL은 비용을 들이지 않고 해결했다.

이처럼 Dynamix 상태 감시 모니터링 시스템은 비용이 많이 드는 고장을 미연에 방지할 수 있도록 하는 핵심적 역할을 수행하고 있다. 최근 3개월 동안 Dynamix 시스템은 6건의 장비 이상 상태를 감지했는데, 이로 인한 효과를 환산하면 최소 8만5000달러에서 최대 11만4000만달러의 비용 지출을 방지한 것으로 AMCOL은 판단하고 있다. AMCOL은 ICM 시스템에 대한 투자 비용을 4개월이 채 지나지 않아 모두 회수했으며, 러블 공장의 성공적 도입에 힘입어 다른 현장에도 Dynamix 시스템 기반의 상태 모니터링 솔루션 도입을 고려하고 있다.