단절 없이 이어지는 전기 구동 기술

러시아의 링 롤링 시스템 회사는 직경이 4m인 링을 고품질로 생산할 수 있도록 토탈 드라이브 솔루션을 이용하고 있다. 이 시스템의 모든 전기적 구성품과 기계적 구성품은 컨트롤 기술에서 스위칭 기술, 드라이브 콤포넌트에 이르기까지 서로 조율되어 있다.

롤프 루드비히, 슈테판 페머스, 마르쿠스 뷔트너:Siemens AG, 메커니컬 드라이브 직원
Dr. 요아힘 마틴, Siempelkamp 이사 및 설계 책임자.
“우리는 원스톱으로 모든 것을 공급하는 시스템 공급자로 알려져 있습니다. 우리는 공급 범위를 확장하였습니다.“
Dr. 요아힘 마틴, Siempelkamp 이사 및 설계 책임자

중공업 분야는 대형 기계, 거친 환경 등 일반적인 산업 부문과 차별화된 산업분야이다. 하지만 직원 3,000명에, 그룹 매출이 7억 1840만 유로(2013년 기준)의 Siempelkamp 그룹에게는 이런 일도 일상 중의 한 부분이다. Siempelkamp 그룹은 “made in Germany“로 상징되는 혁신을 실질적으로 현실화하였고, 전세계 많은 사용자들에게 인정받고 있다.

국제적으로 활동하는 러시아의 JSC Metallurgical Plant Electrostal사는 Siempelkamp의 2,000t 정밀 낙하 단조 프레스를 현지 공장에 사용하기 위해 구입하였다. JSC는 제작 범위를 확장하기 위해 130년 이상의 역사를 지닌 Siempelkamp에 니켈 베이스 합금, 티타늄 합금, 알루미늄 합금 등 특수 재료와 강으로 항공 우주 분야에서 사용하는 정밀 링을 제작하기 위해 링 롤링 시스템을 추가 주문하였다.

“우리 회사는 원스톱으로 모든 것을 공급하는 시스템 공급자로 잘 알려져 있습니다. 고객의 요건에 따라 수 많은 최신 기술과 혁신적 기술 그리고 아이디어가 녹아 있는 링 롤링 시스템을 제작합니다. “(요아힘 마틴, Siempelkamp 기술 이사)

 

최적화된 토털 시스템이 장점으로 작용하다

공학박사 페드로 로블레스 말라그리노, Siempelkamp 자동화 프로젝트 매니저.
“구동 기술에 대한 시스템 책임 및 ‘통합 드라이브 시스템‘ 가능성 면에서 지멘스와 연결되어 있는 당사 공정 기술이 우리에게 중요한 기술적 이점을 제공하였습니다.“
공학박사 페드로 로블레스 말라그리노, Siempelkamp 자동화 프로젝트 매니저

Siempelkamp에게는 전자 장치와 전기 구동 기술에서 드라이브 콤포넌트의 단절 없는 시스템 솔루션이 필요했다. 일차적으로 드라이브의 성능과 정밀성, 가용률, 콤포넌트의 수명이 관건이었다. “이 때문에 우리는 전기 모터와 커플링, 기어, 주파수 변환기, 컨트롤러 등 전체 드라이브 콤포넌트의 토털 공급자로 지멘스를 결정했습니다.“(공학박사 페드로 로블레스 말라그리노, Siempelkamp 자동화 프로젝트 매니저)

Siempelkamp의 개발팀은 Siemens의 연속적인 제품 포트폴리오인 Integrated Drive Systems를 선택하였는데, 이 포트폴리오는 전체 구동 트레인이 완벽하게 조율되어 전체 자동화 아키텍처에 적합하게 통합되어 있다(Info 박스 참조). 이로 인해 가용률을 최대 98%까지 올릴 수 있고, 서비스 비용도 최대 15% 정도 줄일 수 있었다. “이 수치는 새로운 링 롤링 시스템을 개발하고 제작, 운전할 때에 우리가 요청한 요건을 충족했습니다.“(페드로 로블레스 말라그리노)

맨드럴 롤러와 연동하여 링 블랭크를 원하는 직경으로 키우고 링 두께를 만들어내는 메인 롤러는 출력 1,260kW인 지멘스 삼상 유도 모터로 구동된다. 이 모터는 Rupex 커플링을 통해 유성 기어와 연결되며, 22m 길이의 시스템 아래에 있다. 사용하는 기어는 롤링 공정에 필요한 회전 속도와 토크를 가장 적합하게 변환할 수 있다. 공정에 따른 회전 속도 제어는 매개변수 입력 가능한 독립적인 Simotion 컨트롤러와 연동하는 자동화 스펙트럼 가운데서 매우 정확한 주파수 변환기 Sinamics S120을 이용하여 이루어지며, 메인 롤러에서 필요한 회전 속도를 개별적으로 사전 선택할 수 있다.

 

Siempelkamp의 첫 번째 링 롤링 시스템은
Siempelkamp의 첫 번째 링 롤링 시스템은 “연속적인“ 구동 기술을 사용한다.
전기와 기계적 장비의 전체 모든 부품들은 서로 조율되어 있다.

뛰어난 정밀도로 회전 속도 제어하다.

우리는 “성형 공정이 매우 복잡하기 때문에 정밀하게 회전 속도를 제어해야 합니다.“ (페드로 로블레스 말라그리노) 이를 위한 제어 매개변수는 Siempelkamp가 링 롤링을 위해 새로 개발한 컨트롤 시스템 Sicoroll에서 비롯되었다. 실질적인 롤링 프로세스 플래닝 툴과 컨트롤 기술, 제어 기술로 구성되는 이 프로그램 패키지는 최상의 프로세스 정확도를 유지한다. 회전 속도, 힘, 구동 토크 또는 링 위치와 같은 매개변수를 간단히 입력, 감시하고 조정할 수 있다. 이 프로그램은 프로세스 계획을 지원하며, 링 롤링 중 프로세스를 조정할 수 있는 방법도 제공한다. 이 구동 기술은 Sicoroll로 계산한 롤링 커브와 롤링 전략을 정밀하고 효율적으로 묘사할 수 있어야 한다. 링 롤링 시스템에서 구동 기술이 기계적 또는 열적으로 높은 부하에 노출되는 경우에도 그러하다.

슈테파니 보비, ATR Industrie-Elektronik GmbH 상업 처리 & 로지스틱스 대리인 및 매니저.
“당사 스위칭 시스템을 지멘스의 표준 콤포넌트에 연결한 부분이 완벽하게 기능했습니다.“
슈테파니 보비, ATR Industrie-Elektronik GmbH 상업 처리 & 로지스틱스 대리인 및 매니저

통합 드라이브 시스템의 장점은, 모터 정격 전류를 가장 적합하게 변환기 출력 전류에 맞출 수 있다는 점이다. 이를 통해 모터 운전 시 주파수 변환기에서 전압을 완전히 이용함으로써 각각의 효율이 높아지고, 이는 효율적인 기어와 연동하여 전체 효율을 높인다. “바로 이 점이 우리가 지멘스를 선택한 이유 가운데 하나입니다. 두 번째 측면은 전체 드라이브 트레인을 공급자가 책임지고 기획하고 약속하는 가용성을 입증했다는 점입니다.“(베르너 쉬스코프스키, Siempelkamp 자동화 기술 매니저).

ATR Industrie-Elektronik GmbH도 전체 솔루션에서 최적화에 일정 부분 기여하였다. Siempelkamp Maschinen & Anlagenbau GmbH & Co. KG의 자회사로서 ATR은 70명의 직원들이 모회사의 설계 규정에 따라 시스템의 전자 장비 설치를 담당한다. ATR은 링 롤링 프로젝트에도 참여하였고, 제어 안전과 컨트롤 기술의 스위칭 시스템을 만들었다. “Siempelkamp는 짧은 서비스 타임과 높은 가용률을 보장하기 위해, 표준 솔루션을 선택하였습니다. 지멘스 콤포넌트를 적용한 당사의 스위칭 시스템은 항상 완벽하게 작동하였습니다. 우리는 수년 전부터 지멘스와 함께 일해 왔습니다. 지멘스와의 협력은 이번 프로젝트에서도 성공적이었습니다.“(슈테파니 보비, ATR 상업 처리 및 로지스틱스 대리인 겸 매니저)

링 롤링 시스템을 위한 큰 유성 기어도 지멘스의
링 롤링 시스템을 위한 큰 유성 기어도 지멘스의 “Integrated Drive Systems“의 일부이다.

단절 없이 이어지는 전체 전자 기술

Integrated Drive Systems(단절되지 않은 통합 드라이브 시스템)을 통해 제어 기술, 스위칭 기술, 드라이브 콤포넌트까지 모든 전기 장치와 기계적 장치가 서로 조화롭게 조율했다. 이는 주문 절차를 간소화하고, 엔지니어링과 설치 번거로움을 줄인다. 지멘스의 신속한 서비스 지원을 통해 가용률이 높이고, 사용자는 설치 시간 단축의 이점을 누릴 수 있다. 같은 방식으로 메인 롤러와 사선으로 배치되는 두 개의 축 방향 롤러의 전체 전기 구동 트레인도 기획 제작되었다. 이 롤러들은 두 개의 Loher 모터에 의해 구동된다. 축 방향 롤러에 사용되는 기어로 입력 회전속도를 롤링 속도와 필요한 토크에 적합하게 맞춘다. 이 시스템 구조는 24시간 운전(100% 듀티 사이클)시 구동 기술과 제어 기술에서 최대치를 끌어 낼 수 있도록 메인 롤러의 구조와 일치한다. 지멘스의 뉘른베르크 테스트 필드에서는 이 시스템이 추후 러시아 현장에서의 운전을 대비하여, 자체적으로 셋팅한 두 개의 모터와 주파수 변환기 Sinamics S120으로 구성되는 테스트를 진행하였다.

“이 시스템은 통합 드라이브 시스템의 장점을 현장에서도 확실히 느낄 수 있는 확신을 주었습니다.“(프로젝트 매니저 페드로 로블레스 말그리노) 모터와 주파수 변환기가 완벽하게 조율되어 드라이브의 소음, 네트워크 부하, 에너지 효율, 특히 콤포넌트 수명에도 긍정적이다. “우리는 당사 링 롤러를 당사의 다른 모든 시스템과 마찬가지로 긴 수명을 염두에 두고 설계했기 때문에, 구동 기술이 이러한 요건을 충족해야 합니다.“(Dr. 요아힘 마틴)

 

단절 없는 자동화 베이스

어긋나게 배치되는 두 개의 축방향 롤러는 각각 지멘스의 630kW 모터에 의해 구동되며, 이 모터는 평면 기어를 통해 회전 운동을 콘에 전달된다.“
어긋나게 배치되는 두 개의 축방향 롤러는 각각 지멘스의 630kW 모터에 의해 구동되며, 이 모터는 평면 기어를 통해 회전 운동을 콘에 전달된다.“

Siempelkamp는 이 사업 분야에서 선도적인 금속 성형 시스템 공급자이다. 러시아의 항공 우주 분야 부품 제작을 위해 새로 개발한 링 롤링 시스템으로 Siempelkamp는 자체적인 요건을 충족하였다. 링 롤러 분야에서 쌓은 기술적 노하우와 래디얼 롤러와 액시얼 롤러의 전체 구동 트레인을 위해 Siempelkamp에 집중한 시스템 신뢰도가 이러한 성공의 바탕이 되었다. 구동 트레인의 콤포넌트들이 완벽하게 서로 조율되었기 때문에 통합 드라이브 시스템의 표준 콤포넌트로 정밀하고 효율적이며 지속 가능한 프로세스를 기획할 수 있었다. 요약하자면, Siempelkamp은 이제 최대 4,000mm 직경, 높이 40 ~ 600mm의 고품질 링을 제작할 수 있으며, 이러한 성공이 또 다른 프로젝트를 준비할 것이다.