컨트롤 시스템 선택하기

컨트롤 시스템은 소프트웨어를 기반으로 하는 기능 모듈이 추세이다. 설계자들은 항상 컨트롤 시스템을 선택해야 하는 문제에 직면하게 된다. 일반적인 소프트웨어로 돌아가는 기본적인 컨트롤 시스템이 아니라, 동일하게 프로그래밍할 수 있지만, 각각 다른 기능을 제공하고, 적용 사례에 조율되는 정밀한 컨트롤 플랫폼을 향해 가고 있다.

라인홀드 섀퍼(Reinhold Schaefer)

기계와 시스템이 다소 복잡해지면서 모든 설계자들은 컨트롤 시스템이 어떤 기능을 해야 하는지, 이런 문제에 직면하게 된다. 또한 컨트롤 시스템은 당면한 과제에도 좌우된다. 이에 몇몇 컨트롤 시스템 제조사를 통해서 그들이 사용자에게 무엇을 추천할 수 있는지 알아 보고자 한다.

Siemens의 Technology, Test, Infrastructure & Processes 매니저인 귄터 복은 간단한 공급 어플리케이션인 경우, 기계 또는 시스템의 확장에 따라 다르다고 설명한다. „시스템이 다소 큰 경우엔 지능형 드라이브를 이용하는 분산 접근법을 추천합니다. 일반적으로 이러한 과제는 Simatic S7-120과 같은 소형 PLC면 우수하게 해결할 수 있습니다.“ 간단한 픽&플레이스 어플리케이션의 경우에도 컨트롤 플랫폼은 기계 또는 시스템의 확장에 따라 좌우된다. „이 경우엔 PLC로 확장한 모션 기능 Simotion이 적합합니다.“(귄터 복)

„컨트롤 기능이 간단할수록, 컨트롤 시스템을 고립된 방식으로 또는 추후라도 설치 위치에서 셋업 하기가 쉽습니다. 이런 사례는 조정 가능한 컨트롤 시스템을 탑재한 분산 모터와 콤팩트 드라이브를 자주 볼 수 있습니다. 픽&플레이스는 갈수록 개방형 PLC 플랫폼과 소프트 PLC로 구현합니다. 다른 프로세스 기능을 지닌 모션 컨트롤을 동일한 컨트롤 프로그램으로 구현할 수 있는 장점이 있습니다. 다른 관련 컨트롤 시스템과의 동기화가 덜 필요합니다.“(마르셀 뵈너, 안전 기업 Pilz의 Operating and Monitoring and Tools 제품 매니저)

대형 시스템인 경우 분산 접근법

하이너 랑(Bosch Rexroth AG의 산업 어플리케이션 사업 분야의 기술 매니저)은 공급 어플리케이션과 간단한 픽&플레이스 어플리케이션인 경우, 추세가 스위치 캐비닛이 없는 자동화 방향을 향한다고 생각한다. „기계 제조사 및 시스템 통합자들은 중앙 스위치 캐비닛과 상관없이 기계 모듈을 사전 조립하고 작동 개시할 수 있습니다. 이로 인해 시간과 비용이 줄어듭니다. 견고한 분산형 콤팩트 컨트롤 시스템은 현장에서 기계의 I/O 신호를 평가하고 분산식으로 액추에이터를 제어합니다. 모션이 조합된 복잡한 과제는 점차 스위치 캐비닛이 없어지고, 모션 로직 시스템이 통합된 서보 드라이브가 맡게 됩니다.“

복잡한 공작 기계에서는 여전히 Sinumerik과 같은 전문화된 CNC 하드웨어가 지배적이다.

그에 비해 로봇 어플리케이션은 픽&플레이스 어플리케이션에서 조립, 라인 모션, 절삭 제조, 적층 가공에 이르기까지 훨씬 넓은 스펙트럼을 포괄한다. „이 분야의 트렌드는 로봇 키네마틱스의 복잡성, 과제의 복잡성 및 가변성에 좌우됩니다. 쌍방향 프로그래밍 또는 티칭이 요구되는 곳에서는 플랫폼이 그래픽 프로그래밍을 지원하도록 Sinumerik 유저 인터페이스에 많은 비용이 듭니다. 한편으로 로봇 어플리케이션의 안전 요건을 충족해야 한다면, 전문화된 하드웨어를 통해 구현할 수 있는 경우가 많습니다.“ (지멘스, 귄터 복) „일반적으로 실행해야 할 모션의 복잡성이 컨트롤 시스템을 좌우합니다. 대부분의 로봇은 예나 지금이나 고유한 그리고 고도로 최적화된 컨트롤 시스템을 수반합니다. 그럼에도 불구하고 로보틱스에 대한 컨트롤 기능을 PLC 공급업체에서 구하는 실정입니다.“(필츠, 마르셀 뵈너)

로봇 컨트롤 시스템은 퇴보하고 있다

보쉬의 하이너 랑 매니저는 순수한 로봇 컨트롤 시스템은 복잡성을 불필요하게 높이기 때문에 퇴보하고 있다는 견해를 밝혔다. „현재는 오히려 로봇 기능을 커버하는 통합 모션 로직 시스템으로 대체되고 있습니다. 기계 제조사는 하나의 하드웨어에서 연속적인 엔지니어링 툴로 인터페이스나 핸드셰이크 없이 PLC, 모션, 로보틱스를 구현할 수 있습니다.“ 벌써 수년 전부터 복잡한 5축 공작 기계와 관련해서  „트렌드“에 대한 논의가 이루어지고 있다. 사실상 핵심 기능을 잘 발현하는 것은 예나 지금이나 소프트웨어를 잘 갖춘 전문화된 하드웨어이다. 기술 도약 시 조작 영역에서는 PC 부문이 전형적으로 증가하였다가, 유용한 특성들이 드러나면서 컨트롤 소프트웨어에 통합되고 다시 퇴보하게 된다. 지멘스의 귄터 복 매니저에 따르면 „Sinumerik과 같은 전문화된 CNC 하드웨어가 지배하고 있으며, 왜 이 하드웨어가 변해야 하는지는 알 수가 없습니다.“

보쉬의 하이너 랑도 이에 동의하였다. „복잡한 5축 공작 기계의 경우 컨트롤 기술과 구동 기술은 정밀성과 사이클 타임에 대한 까다로운 요건을 충족하기 위해 서로 조율되어 있어야 합니다.“ 또한 확장성도 중요한 역할을 한다. „공작 기계 제조사들은 표준 등급에서도 5축 가공을 보여주고자 합니다. 이를 위해 복잡하지 않은 엔지니어링으로 통합할 수 있는 경제적인 콤팩트 솔루션이 필요합니다.“(하이너 랑) 이 스펙트럼의 다른 쪽에는 최대 250축을 이용하는 복잡한 어플리케이션이 있다. 제조사들은 이와 같은 광범위한 스펙트럼에서 확장 가능한 동일한 소프트웨어 커널과 동일한 엔지니어링 툴로 작업하는 컨트롤 솔루션을 찾고자 한다.

Heidenhein의 철학: 작업자는 컨트롤 TNC를 통해 정확하고 효율적으로 공작물을 제작할 수 있어야 한다.

Heidenhain사는 책임 전문가가 기계에서 컨트롤, 즉 Heidenhain TNC를 통해 형태 정확도와 효율성 측면에서 완벽한 공작물을 제조하는 것을 가장 중요하다고 하였다. 즉 5축 영역에서 컨트롤 시스템은 중간에 있는 전자 부품으로 인해 고장이나 장애가 발생하지 않도록 기계에 직접적으로 접근해야 하고, 효율이나 제조, 형태 정확도에 영향을 끼치지 않아야 한다. „우리는 기술이나 최적화된 축 기능 및 가공 기능 덕분에 Fanuc, Siemens, Heidenhain과 같은 전문화된 CNC 제조사들의 주요 영역들을 적용할 수 있고, 다른 기계 분야에서도 다른 제조사들의 주요 영역들을 다룰 수 있습니다.“(필츠, 마르셀 뵈너)

„실제로 전통적인 컨트롤 시스템이 지배하고 있습니다. 이러한 컨트롤 시스템들은 이미 각 과제에 가장 잘 맞게 맞추어져 있기 때문입니다. IPC는 시각화에만 충실합니다. 컨트롤을 위해서는 Sinumerik과 같은 전문화된 하드웨어를 사용합니다. 이런 하드웨어는 시스템 내에서 시각화 장치이자 컨트롤 장치입니다.“ (지멘스, 귄터 복) 귄터 복 매니저는 부연하기를 공작 기계의 경우 3D 및 5축 컨트롤 주제가 확산되어, 이것이 „Sinumerik과 같은 최첨단 컨트롤 시스템의 핵심 특성“이 되었다고 한다.

개방된 표준이 필요하다

하지만 보쉬의 하이너 랑 매니저는 조금 다른 시각을 보였다. „문제는 네트워크화된 환경과 인더스트리 4.0 어플리케이션에서 컨트롤 시스템을 얼마나 간단하게 연결할 수 있는지 그리고 어떻게 연결할 수 있는지 이에 대해 결정하는 것입니다. 이를 위해서는 개병 표준이 필요하고 제조사를 뛰어 넘는 규격화된 인터페이스가 반드시 필요합니다. 인더스트리 4.0은 독점적 시스템의 종말을 의미합니다. 네트워킹은 상당한 개방성을 요구하기 때문입니다. 컨트롤 솔루션의 일부로서 IPC는 계속해서 커지는 컨트롤 시스템에 대비하여 큰 예비 용량을 제공합니다.“ NC 블록의 처리를 넘어, 로딩 및 언로딩을 제어하고, 상태 모니터링을 위해 기계 데이터, 프로세스 데이터 그리고 생산 데이터를 수집하고 평가해야 한다. 또한 상위 시스템과의 수직적 데이터 교환도 갈수록 증가하고 있으며, 이는 더 높은 컴퓨팅 성능을 요구하고 있다. 필츠의 마르셀 뵈너도 동의하였다. „보다 복잡한 기계들 역시 IPC 기반 컨트롤 시스템에 의해 실현될 수 있다는 점을 확인할 수 있습니다. 확고하게 자리잡은 제조사들도 이러한 압박을 느끼고 있습니다.“

지멘스 귄터 복에 의하면 생산성과 가용성을 더욱 개선하기 위한 디지털의 발전으로 다양한 시스템을 네트워크화 할 수 있고, 로봇 또는 핸들링 장치의 컨트롤 시스템이나 기계 중심적 지능과 같은 추가의 기능을 통합할 수 있게 될 것이다. „물리적 세계는 가상의 이미지와 클라우드 플랫폼을 통해 확장되고, 새로운 유형의 사업 가능성을 제공합니다. 이러한 요구 조건은 성능 좋은 확장 가능한 시스템 아키텍처를 필요로 합니다. 갈수록 개선되는 고객 인터페이스, 즉 계속해서 복잡해지는 소프트웨어 기능을 사용자가 간단하게 취급할 수 있도록 유용성을 위한 비용도 필요합니다.“

컨트롤 시스템의 제품 라인은 모듈형 소형 컨트롤 시스템에서 PLC, 소프트웨어 PLC까지 매우 다양하다.

홀거 마이어(Phoenix Contact Electronics의 비즈니스 유닛 컨트롤 마케팅 사장, 공학박사)에 따르면 프로세스의 성능이 향상되면서 컨트롤 하드웨어가 목적을 위한 강력한 수단이 되었고, 그로 인해 펌웨어 내에서 차별화가 강하게 일어난다고 한다. „프로세서 성능이 좋아지면서 더 이상 플랫폼 내 많은 변이형이나 다양한 플랫폼이 필요하지 않습니다. 그에 따라 하드웨어 플랫폼 내에서 다운로드 기능을 통해 차별화할 수 있으며, 이는 하드웨어 측의 다양성을 최소화하고 생산 개수를 높입니다. 이를 위한 펌웨어는 이러한 유연성을 적절히 지원해야 하며, 판매 시스템도 펌웨어 콤포넌트를 추후에 허가하는 방법을 알아야 합니다.“ 이때 보안이 결정적인 역할을 한다. 공격에 대해 개방된 뒷문이 없기 때문이라는 것이다. „물론 기능상 요건, 기술적 가능성, 긴 호환성 또는 매우 긴 제품 라이프 사이클을 여전히 고려해야 합니다. 이 부분에서 최적의 조건을 찾아야 합니다. 새로운 프로세서들이 시장에 나오고 있으나, 라이프 사이클은 점차 짧아지고 있기 때문입니다.“ (홀더 마이어)

„기계 제조사들이 기계 성능을 경제적으로 확장하기 위해서는 컨트롤 플랫폼이 매우 중요합니다.“(보쉬, 하이너 랑) 기계 제조사들은 컨트롤 하드웨어가 충분히 세분화되어 있다면 자신들의 적용 사례에 필요한 성능을 정확하게 선택할 수가 있다. „이때 하드웨어 변이형이 많다고 하더라도 동일하게 표준화된 프로그래밍 언어와 엔지니어링 툴을 사용해야 합니다. 그렇게 하면 소프트웨어에 대한 투자를 절약할 수 있습니다.“ (하이너 랑)

인더스트리 4.0이 소프트웨어를 향한 추세를 이끈다

인더스트리 4.0에 의해 소프트웨어가 갖는 의미는 지금까지 보다 훨씬 증가되었다. 모든 전문가들은 이 부분에 대해 견해를 같이 한다. 그런데 지멘스의 귄터 복은 소프트웨어를 전통적인 형태로 소유하지 않을 것이라고 언급했다. „지금껏 소비자 영역에서 확립되었던 것과는 다른 새로운 유형의 모델이 다가올 것입니다. 동시에 개방된 시스템의 보안 솔루션이 결정적인 역할을 할 것이고, 네트워크로 연결된 시스템의 장점을 누리면서 안전한 운영이 보장될 수 있습니다.“

„수년 전부터 기계적으로 실행되던 기능들이 점차 소프트웨어로 옮겨지고 있습니다.“ (보쉬, 하이너 랑) 인더스트리 4.0이 이러한 추세를 더욱 가속화할 것이다. „산업 제조의 목적 중 하나는 새로운 제품 라인에 맞는 장비를 클릭 한 번으로 셋업하는 것입니다. 또한 적절한 소프트웨어 기능을 통한 예측 정비도 요구합니다. 이에 자동화 제조사들은 표준 기능을 사전 정의하고 프로그래밍에서 반복 과제를 자동화하는 엔지니어링 툴을 제공해야 합니다. 자동화에서 언어도 더욱 중요한 역할을 합니다. PLC 지식을 갖고 있는 프로그래머 한 명이 C 언어 또는 Java를 구사하는 여러 명을 대신합니다.“

피닉스 컨택트의 홀거 마이어의 경우도 확고했다. „소프트웨어는 갈수록 중요해질 것입니다. 소프트웨어를 통해 하드웨어의 변이형을 줄일 수 있기 때문입니다. 하지만 펌웨어 컨셉트를 고려해야 하고 유연성을 수반해야 합니다.“ 프로그래머가 기존의 전통적인 컨트롤 기술로는 더 이상 자신의 프로그램을 IEC 61131으로만 기록하기에 충분하지 않다. 추세는 점점 고급 언어 프로그래밍으로 가고 있다. PLC는 자신의 전통적인 작업 외에 또 다른 측면을 충족해야 하기 때문이다. „이런 환경에서 최근에 지배적인 것이 IT 프로토콜과 클라우드 테마입니다. PLC는 말하자면 초기 단계에 IT 게이트웨이로 또는 포그 컴퓨팅을 위해 사용할 수 있습니다. 즉 컨트롤 플랫폼은 최대한의 유연성을 달성하기 위해 펌웨어 차원에서 기능 확장을 허용해야 합니다.“ 이는 또한 기계 제조사들이 자신들이 개발한 전자 장치를 사용하기 보다는, 새로운 기술을 통합하고 또한 트렌드에 맞추어 „개선“을 보장하는 우수한 장치를 사용하는 이유가 될 수 있다.