로봇으로 자동화의 빈틈을 메우다

생산 프로세스를 보다 유연하게 하려면, 산업용 로봇을 자동화 아키텍처에 매끄럽게 연결해야 한다. 최신 모션 컨트롤 솔루션으로 컨트롤 레벨과 MES 레벨에 로봇을 통합할 수 있다.

위르겐 리버(Jürgen Lieber): Schneider Electric의 OEM Solutions/Pac-Drive 오퍼 매니저

로봇은 적응능력이 강한 자동화 콤포넌트로 점점 복잡해지는 가치창출 체인에 대응하고 생산프로세스를 더욱 유연하게 할 수 있다. 전제조건은 로봇공학을 생산 시스템의 하드웨어와 소프트웨어 컨셉트에 최대한 매끄럽게 통합해야 한다. 이러한 작업을 성공적으로 이끌기 위해 로봇 제조사들과 자동화 전문가들이 협력하여 연구를 진행하고 있다. Schneider Electric도 표준화된 모션컨트롤 솔루션과 제조사 개방형 인터페이스의 통합을 추진하고 있다. 산업용 로봇은 앞으로 디지털 변혁의 틀에서 네트워크화된 생산의 핵심적 역할을 하게 될 것이다.

델타 3 로봇을 탑재한 픽 & 플레이트 어플리케이션

로봇은 자동화를 달성하기 위해 생산 프로세스와 시스템 컨셉트에 바로 통합할 수 있다. 로봇은 제품을 자동으로 유연하게 피킹하거나 배치작업, 분류 작업 등을 담당한다. 로봇은 가공 생산과정과 포장 및 이송 단계 등 많은 응용사례에서 전체 프로세스를 통합시킬 결정적 주체이다. 로봇은 프로세스의 재구성 시에도 자신의 강점을 십분 발휘한다. 로봇은 전통적인 기계구조에 비해 유연하게 수동 개입 없이 변화된 프로세스 매개변수에 적응할 수 있고, 스스로 가공 공구의 교체를 자동화할 수 있다. 뿐만 아니라 복잡한 센서나 비전 시스템과 연결하여 상위 분석 솔루션과 통계 솔루션에 대해 귀중한 데이터를 제공할 수 있다. 로봇 솔루션을 활용하면 자동화의 빈 틈을 찾아내고, 지능형 생산으로 가는 과정에서 이러한 틈을 채울 수 있는 전제 조건을 마련한다. 기본 조건은 적합한 컨트롤 시스템을 각각의 자동화 아키텍처에 매끄럽게 잘 통합하는 것이다.

로봇은 네트워크화된 생산으로 가는 길에 핵심적 역할을 한다

로봇공학에서는 시스템 컨트롤과 로봇 컨트롤을 위한 별도의 컨트롤 시스템을 갖춘 독자적 컨트롤 컨셉트를 사용하는 일이 빈번해지고 있다. 기계나 생산라인이 다른 포맷이나 제품 모델에 맞추어 변경되면, 생산 현장에 통합되어 있는 로봇은 아무리 유연하다고 하더라도 변경된 매개변수에 맞춰 조정하기 위해서는 적합한 정보가 필요하다. 위치 계산을 포함하여 로봇 컨트롤이 기계 프로그램에 통합되어 않았다면 두 시스템을 별도로 조정해야 하기 때문에 „플러그 & 워크“를 기반으로 하는 간단한 통합은 불가능하다. 비록 두 컨트롤 유닛을 인터페이스나 게이트웨이를 통해 연결될 수는 있으나, 로봇의 다양성과 유연성이 현저히 제한될 수 있다. 또한 독점적 컨트롤 유닛을 통해 트리거링되는 로봇은 자신의 TC(툴 센터 포인트를 상위 모션 컨트롤러를 통해 트리거링되는 컨베이어 벨트에 동기화하는 데에 어려움이 있을 수 있다. 이를 동기화하기 위해서 시간 제어되는 컨베이어 벨트가 따로 필요하며, 이때 기계 처리량에 있어서 엄청난 손실이 뒤따른다. 뿐만 아니라 중간에 위치하는 게이트웨이가 경우에 따라 다른 데이터의 가용성을 제한할 수 있다. 독점적 컨트롤 유닛은 자체적인 프로그래밍 언어와 환경을 가진 제조사 별 컨셉트이자 고립된 컨셉트이기 때문에 데이터를 조작하거나 시각화 또는 기능상 안전을 위해 사용하는 데에는 추가적인 비용이 들어가는 경우가 많다.

기계 컨트롤러에 직접 소프트웨어 통합

Pac-Drive 시스템은 Schneider Electric의 표준 모션 컨트롤 솔루션이다.

선도적인 자동화 업체들은 로봇과 기계 프로그램의 통합을 추구하고 있다. 수년 전, Schneider Electric은 로봇공학을 모션 컨트롤을 위한 표준 솔루션으로 전환하기 시작하였다. Pac-Drive- Motion-Control 기술을 이용하여 IEC 61131-3에 적합한 PLC 기능 모듈을 기계 컨트롤러에서 생각할 수 있다. 로봇-TCP의 궤적을 프로그래밍 할 경우 로봇 축의 각각 위치를 실시간으로 계산하고 지속적으로 규정값으로 서보 컨트롤러에 전달한다. 로봇공학을 PLC 기계 프로그램에 통합하면 별도의 로봇 컨트롤러나 변화하는 매개변수에 맞춘 조정이 필요하지 않고, 포맷 변경을 제한 없이 실현할 수 있으며, 셋업 시간과 택트 타임을 현저히 줄일 수 있다. 이러한 접근법으로 IoT 기반 솔루션의 범위에서 시각화, 진단, 예외적 상황과 데이터 파악을 위한 연속적인 컨트롤 솔루션이 가능하다.

기계 제조사들은 자사의 기계에 로봇공학의 선구자 격인 몇몇 로봇을 통합하고 있지만, 제조사 측에서도 기존 MES에 로봇공학을 깊이 있게 통합하는 것이 더욱 중요하다는 것을 인지하고 있다. 이는 프로그램 차원에 통합하는 것과 현저한 질적 차이가 있다. 미래 지향적으로 기계와 로봇의 통합을 추구하는 로봇 제조사 Stäubli가 있다. 이 회사는 초기에 개발한 인터페이스 uni-Val plc는 Schneider Electric의 Pac-Drive 시스템 기계 프로그램에 부분적 통합을 가능하게 하였다. Stäubli는 로봇의 프로세스를 타사 컨트롤러를 통해서 트리거링할 수 있는 사전에 정의된 소프트웨어 모듈을 개발하였다. 변형 계산이나 축 이동 같은 전체 로봇기능은 여전히 로봇 컨트롤러 Stäubli CS8C에서 이루어진다.(Kuka의 mx-Automation 인터페이스도 이와 유사함) Pac-Drive와 같이 자동화 시스템에 깊이 통합하는 것은 서보시스템의 에뮬레이션에 기반한 접근법을 가능하게 한다. 여기서도 일차적으로 uni-Val drive를 가진 Stäubli를 언급할 수 있다. Sercos 관련 장치인 Stäubli 로봇 컨트롤러는 로봇축의 개수에 따라 동일한 개수의 서보 드라이브를 에뮬레이트한다. 즉 Pac-Drive 컨트롤러가 정확한 규정 위치를 지정된 Sercos 사이클로 Stäubli-CS8C 컨트롤러에 전달한다. 이로 인해 기계 프로그램에 로봇을 통합하는 것이 개선된다는 장점이 있다. 여전히 추가의 로봇 컨트롤러는 필요하다. 뿐만 아니라 로봇 모터의 서보 앰프가 전체 시스템에서 „필요 없는 존재“가 된다.

완벽한 통합만이 왕도이다

Schneider Electric의 서보 앰프로 Stäubli Scara 로봇 TS 60은 완전하게 트리거링될 수 있다.

Scara-Toboter TS40, TS60, TS80 타입은 Stäubli와의 긴밀한 협력을 통해 Schneider Electric의 서보 앰프로 완벽하게 트리거링될 것이다. 외부 컨트롤러가 필요 없기 때문에 연속적인 자동화 솔루션의 모든 장점을 내포하는 모션-컨트롤 기반 솔루션이 가능하다. 로봇은 기계 프로그램에 완벽하게 통합되고 통일된 프로그래밍 언어를 가진 자동화 아키텍처의 통합적 구성요소가 된다. 이로 인해 빠른 작동개시, 오류 검색, 기계 진단과 시스템 또는 생산 라인을 기계 사이클에 맞추어 간단하게 동기화할 수 있고, 스위치 캐비닛 내에서 차지하는 공간과 예비부품이 훨씬 줄일 수 있다. 시스템 아키텍처의 하드웨어에 완벽하게 통합하는 것은 중요하다. 그러나 이러한 통합도 소프트웨어 측에서 지원이 되어야 한다. 기계 제조사나 시스템 운영자 양측 모두에게 로봇공학을 기존의 시스템 컨셉트에 통합할 때에 어떤 기능 모듈이 소프트웨어 측에서 제공되는지 확인해야 한다. 결국 어떤 품질로 그리고 얼마의 비용으로 로봇공학 솔루션을 기계 프로그램에 통합할 수 있느냐? 이를 위해서는 포괄적인 소프트웨어 라이브러리에 접근하는 것이 결정적이다.

Pac-Drive 시스템은 완전한 모션경로 외에 벨트 트랙킹과 지능형 가속한계(Intelligent Acceleration Limits)를 포함하는 소프트웨어 모듈을 적용한 로보틱스 라이브러리를 이용한다. 프로그래머들은 통일된 조작과 프로그래밍 컨셉트를 이용할 수 있고, 일부 로봇 매개변수 또는 팔 길이, 오프셋과 같은 키네마틱스 그리고 모터 데이터를 구성 시에 손으로 입력하지 않아도 된다. 사용자 측에서는 특수한 로봇 지식이 더 이상 필요하지 않다. 하드웨어 차원과 소프트웨어 차원 둘 모두에서 로봇과 기계 컨트롤러의 통합은 디지털 변화에 발맞추어야 한다는 요건에 부응하기 위한 기본 조건이다. 이미 몇 년 전부터 Schneider Electric이나 선도적인 로봇 제조사들은 소프트웨어 라이브러리의 구성, 표준화된 모션 컨트롤 솔루션 또는 개방형 인터페이스에 투자하여 로봇 통합을 촉진하고 있다. 로봇이 더 이상 고립된 시스템 콤포넌트가 아니라 통일된 자동화 아키텍처의 본질적 구성 요소로서 인식되어야, 미래 지향적이고 완전하게 네트워크화 된 생산 컨셉트가 실제로 현실이 될 수 있다.

컨트롤 레벨과 MES 레벨에 로봇을 통합하는 것은 수많은 장점을 수반한다.

안드레아 길후버(Andrea Gillhuber), 로봇공학 부문 에디터