TAR오토메이션(TAR Automation)이 최근 Beckhoff의 통합 자동화 솔루션을 기반으로 생산 장비를 위한 효율적인 상태 모니터링 시스템(CMS)을 개발했다. 독일 딘스라켄에 기반을 둔 TAR오토메이션은 고품질 자동화 기술을 기반으로 혁신적인 제어 솔루션의 통합을 지원하는 전문 기업이다.
Alfred Rachner TAR오토메이션 상무는 “초창기에는 기존 PLC와 SCADA 제품을 사용했지만, 현재는 Beckhoff의 PC 기반 자동화 솔루션으로 전환했다”면서 “다기능 TwinCAT 3 자동화 플랫폼은 엔지니어들이 소프트웨어의 구성요소를 쉽게 만들 수 있도록 효율적인 개발 환경을 제공한다”고 말했다.
PC 기반으로 통합·유연성 향상
과거 자동화 기술은 전용 ‘블랙-박스 장치’를 사용하여 실현됐다. 하지만 이제 자동화 기술에 통합된 수많은 새로운 기능을 PC 기반 제어 솔루션으로 활용할 수 있는 시간이 도래했다. TAR오토메이션이 개발한 CMS는 바로 이를 보여주는 방증이다.
기존 CMS는 주로 전체 시스템 안에서 별도 하부시스템으로 설치됐다. 데이터 샘플링과 평가를 위한 특별한 하드웨어로 구성된 이 방식은 채널 수가 고정되고 기능이 한정되어 유연성이 떨어졌다. 따라서 변화하는 요구에 반응할 수 없었으며, 통합도 어려웠다. 비용도 매우 높았다.
이러한 통합 구성은 많은 이점을 제공한다. 이를 정리하면, 다음과 같다.
→ 시스템의 자유로운 프로그램이 가능하게 됨으로써 언제든지 새로운 기능을 추가할 수 있다.
→ 온도 측정이나 디지털 I/O 이외에도 진동 및 아날로그 신호가 모듈식 EtherCAT I/O를 사용해서 언제든지 구현될 수 있다.
→ 오버샘플링 기술뿐만 아니라 동기화를 위한 고정밀 클럭 및 광대역 실시간 네트워크로써 EtherCAT은 아날로그 신호에 대해 최대 100kHz 및 가속도 값에 대해 50kHz의 샘플링률이 가능하다.
→ IEPE 센서(가속도, 마이크로폰 등등)의 연결을 제공하는 EL3632 상태 모니터링 단말기는 오버샘플링 기술, 파라미터화할 수 있는 하드웨어 기반 안티에일리어싱 필터, 디지털 필터 및 오프셋 보상 등을 제공한다.
→ 기본 분석 알고리즘은 PLC 라이브러리로 통합될 수 있고, 언제든지 수정과 기능 확장이 가능하다.
→ 고객 시스템과 간단하게 통합 가능하다. 특히 PROFIBUS/PROFINET·EtherNet/IP·CANopen 및 이더넷 등을 포함한 모든 공통 인터페이스의 가용성 기능을 가진다.
모니터링 및 프로세스 최적화 지원
TAR 9964 상태 모니터링 시스템의 유용성을 보여주는 실 사례로 재생 재료 파쇄기의 모니터링과 프로세스 최적화를 지원한 경우를 들 수 있다. 이 파쇄기의 과립기는 커터 샤프트(cutter shaft)를 위한 400kW 드라이브와 추진장치 및 고정자의 조정을 위한 12kW 유압 장치를 갖췄으며, 커터 샤프트는 EL3632를 통해 데이터가 기록되는 가속도 센서를 탑재했다.
첫 번째로 TwinCAT 상태 모니터링 라이브러리의 소프트웨어 기능 블록은 매우 빠른 작업에서 데이터를 획득하고 번들링한다. 이후 다양한 분석 기능 블록으로 여러 후속 작업에서 퓨리에 분석·제한 값 모니터링·평균화 및 분류와 같은 추가 작업을 진행하며, 상태 모니터링 라이브러리가 획득 및 분석 작업의 정확한 시간 상관관계를 보장한다.
이를 통해 TAR 9964는 파쇄 시스템 운영자에게 실질적인 혜택을 제공했다. 기존 온도 측정 기반으로 진행한 베어링 모니터링은 시급한 베어링의 손상이 대부분 너무 늦게 감지되어 예방 효과를 얻을 수 없었다. 반면, TAR 9964는 진동·제한 값 및 트렌드의 분석을 통해 비용이 많이 드는 손상이 실제로 발생하기 전에 잠재적인 베어링 손상을 탐지하여 조치하도록 함으로써 실제적인 비용절감과 생산성 향상에 기여하고 있다.
수동으로 제어되던 원료 공급 등의 작업을 기계 제어 시스템에 통합할 수 있는 이점도 제공한다. 수동으로 원료 공급이 이뤄졌던 이유는 분쇄해야 할 원료의 크기와 형태가 다양하여 광학 측정 시스템으로 인피드를 제어하려는 시도가 실패했기 때문이다.
그러나 TAR9964의 진동 분석은 신뢰성 있는 감지가 가능하여 과립기가 비어있을 때 새로운 원료를 자동으로 공급하는 자동화 프로세스를 구현할 수 있도록 지원한다. 이를 통해 연속적인 가동률을 높여 최대 50%까지 생산성을 증가시킬 수 있다.
이외에도 작업 구역이 정상적으로 닫혀있지 않을 경우, 원료가 커터 샤프트에서 날뛰게 되어 정확하게 파쇄되지 못하는 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제는 TAR 9964가 증가된 진동을 측정하고 추가적인 공급 압력을 가하여 보정된다.
Rachner 상무는 “상태 모니터링을 자동화 및 제어 시스템에 통합하는 것은 새로운 기회와 판매 가능성을 열어준다”라고 말했다. “TwinCAT은 간단한 제어 작업에서부터 모션 제어, CNC 애플리케이션, 상태 모니터링 및 안전 기술까지 하나의 시스템으로 모든 작업을 해결할 수 있게 한다. 고객의 입장에서 볼 때 이는 유지보수 비용의 절감이다”라고 설명했다.
이어 그는 “게다가 TwinCAT은 PROFIBUS/PROFINET·EtherNet/IP·CANopen과 같은 모든 공통 필드버스 인터페이스를 모두 지원한다. 사용하던 구형 시스템을 현대화할 때 사용하는 제어 환경에 우리 시스템을 쉽게 통합할 수 있는 것이다. 앞으로 가장 효과적인 방법은 TwinCAT을 기반으로 한 완전 통합 PLC/NC/CMS 솔루션이다”라고 단언했다.
광범위한 임베디드 PC는 다양한 네트워킹 옵션을 제공하는 동시에 성능 및 I/O 구성 측면에서 확장이 가능하다. 이러한 특징은 특히 제어 아키텍처를 구현할 때 많은 자유도를 제공하기 때문에 수작업 업무를 위한 최적의 솔루션이 된다.
Rachner 상무는 “소형 독립형 솔루션·분산형 네트워킹·지능형 제어기 또는 고성능 중앙 솔루션을 다루든지 상관없이 무엇이든 가능하다. 수직 네트워킹을 위한 보편적 표준으로써 OPC UA의 지원과 결합하여 ERP 시스템을 작업장 내 또는 작업장 간에 통합할 수 있다”고 말했다.
