IIoT로 유지보수와 관리를 간결하게

캐나다의 대표적인 프레스 제조사인 Eagle Press & Equipment Co는 IO-Link의 확립된 자동화기술과 기계마운트 I/O의 간결성을 통해 Industry 4.0 시대에 맞춰 자체혁신과 고객을 위한 프레스 컨트롤을 쇄신하고 있다.

Will Healy III: Balluff -USA의 스탬핑 및 웰딩 파트의 전략 마케팅매니저

Greg Soden: Balluff-Canada의 스탬핑 및 웰딩 파트의 인더스트리 매니저

Eagle Press의 기계식 1100톤 금속 스탬프 프레스 앞에 서있는 컨트롤 기술자 Jamie Beneteau(왼쪽)와 프로젝트 매니저 Andy Ritchie(오른쪽)

3년 전 Jamie Beneteau는 Eagle Press사의 제어기 시공사인 Flodraulic사에 합류하였을 때만해도 Floudraulic의 Eagle 프레스팀은 그들의 프레스 제어아키텍처의 변화를 모색하고 있지 않았다. 장비들은 잘 작동하였고, 보증문제는 해결되었으며, 프레스고객도 만족해했다. Eagle Press사의 새로운 제어기술 담당자인 Beneteau는 개선의 여지를 발견했다. “각각의 배선함은 공장에서 만들어지기까지 반나절에서 하루 정도 소요되고, 전선 구성과 연결에 반나절이 소요됩니다.” Eagle Press사의 프로젝트 매니저인 Andy Ritchie도 이에 동의하였다. “우리는 과거에 모든 단말기 배선함과 이를 관통하는 많은 센서케이블을 연결해야 했습니다” 각각의 프레스는 기계 내에 4개의 주요 배선함이 있다. 즉, 운전실, 크라운 위, 램, 유압동력장치 아래, 여기에 설치단계에서 연결 오류가 생기고, 최종 고객 사용 시엔 고장이 증가하여, 추가비용을 내면서 현장 와이어블 커넥터로 맞춤 설치로 제작이 이루어졌다. Eagle Press와 Flodraulic도 I/O를 수용하기 위해 설치해야 하는 배선함에서 어려운 문제가 있었다. 각 배선함의 단자블록, 슬라이스 I/O, 마운팅, 와이어링, 각 배선함의 테스트는 추가 비용을 발생시켰고, 연결 오류와 와이어 커넥션의 손실을 해결할 시간이 필요했다. 이로 인해 시운전시간이 증가되거나, 생산시간이 감소되었다. 이 모든 문제는 Press 제작사와 Press를 구매하는 고객 모두 운영 비용이 증가하는 결과를 낳았다.

크라운 배선함에서 컨트롤 장비를 만들고 연결하는데 1-2일 정도 걸렸으나 Eagle Press와 Flodraulic이 트러블슈팅을 대폭 줄여 몇 시간 만에 그 작업이 가능하게 되었다.

Eagle사는 많은 유도성 근접 센서 외에도 압력, 이동, 온도, 그리고 프레스의 선형위치를 제어하고 모니터링하기 위한 아날로그 신호가 있는 다수의 측정장비를 사용해왔다. Ritc hie는 “베어링과 부싱에서 온도 같은 요인을 측정하는 것은 프레스에 손상을 입히기 전에 문제를 예측할 수 있기에 매우 중요합니다.”라고 설명하였다. 아날로그 신호의 전통적인 문제점은 Eagle Press와 Flodraulic 사의 기술자 또는 엔지니어에게 이질적인 것이 아니므로, 소음 문제가 프레스 작동을 방해하지 않게 제어 시스템의 부분에서 특히 주의를 기울여야 했다.

팀은 다음과 같은 문제를 해결할 수 있는 I/O 제어 솔루션을 찾았다.

▪소음 문제 감소

▪EtherNet/IP를 사용하여 기존 제어 아키텍쳐와 통합 가능.

▪PROFINET, EtherCAT 및 CC-Link IE Field 같은 통신방식으로 시장의 요구에 따라 미래의 어떤 제어 아키텍처와 통합 가능.

▪배선함 구성과 와이어링에서 오는 어려움 감소.

▪다운타임을 줄이기 위한 커넥션 포인트의 실패 감소, 생산성 증가, OEE(Overall Equipment Effectiveness) 향상과 문제 해결을 위한 단순화된 시스템을 고객에게 제공

그들은 각각의 새로운 프레스의 미래가치를 위해, 또 프레스의 점진적 개선을 지속적으로 연구하기 위해 새로운 제품과 기술을 수용하기로 했다. 다년간, Eagle Press와 Flodraulic는 배선함에서 EtherNet/IP을 넘어 IP20 슬라이스I/O의 활용을 성공적인 프레스 제어 아키텍처에 기반으로 두었다. 처음에는 배선함에 I/O가 장착된 상태로 판넬에 고정되었다. “캐비닛 옆에 고정된 배선함을 통해 판넬의 구멍을 모두 제거하였다. 이 방법으로 몇 가지의 문제를 해결할 수 있었다.” 하지만 Beneteau는 “우리는 그것이 판넬상에 블록을 배치하는 것이 프레스 밖으로 이동시키는 것이 합리적이지 않다는 것을 알게 되었습니다.”라고 설명하였다. 개별 와이어에서 분산된 배선함까지 포함된 와이어링 솔루션의 긍정적인 변화는 여전히 많은 문제가 있었고 꽤 많은 양의 문제 해결까지 필요로 하는 직접 와이어링하는 원론적인 설계 한계점을 어느 정도 가지고 있었다.

Flodraulic사의 제어 시스템 디자이너인 Greg Heyd와 함께 Beneteau는 Eagle Press사의 Ritchie에 IO-Link라 불리는 새로운 점진적인 제어 개선을 제안했다. “설계면에서 큰 변화였기에 여기에 맞는 프로젝트를 찾아야만 했습니다”라고 Ritchie가 설명하였다. 그러나 배선 시간을 단축하고 문제 해결을 간소화하여 얻을 수 있는 가치는 팀에게 아주 중요했다. IO-Link는 120개의 컨포넌트 제조사로부터 지원되는 개방형 표준으로, PC에서 쉽게 쓰이는 USB같이 공장에서도 쉽게 사용할 수 있는 자동화 기술을 제공한다. IO-Link는 스마트 센서가 자동화 컨트롤러와의 통신을 위한 간단한 플랫폼을 제공하기 위해 생성되었다. 센서는 측정 또는 데이터 교환을 리포트 할 수 있으며, 진단과 파라미터도 전달한다. UBS와 비슷하게 일대일로 마스터/슬레이브 아키텍처에서 작업하면, 압력센서의 파라미터를 교체하거나, 환경 설정변경 시 저장하고 다시 다운로드할 수 있다. 이는 Eagle사의 고객을 위해 프레스의 서비스와 유지보수를 매우 쉽게 만들어 준다. Ritchie는 “IO-Link를 통해 서비스 또는 품질 보증 요청을 받으면, 장비를 재가동하기 위해 프레스의 케이블과 장비를 준비하는 것이 매우 수월해졌습니다.”고 말했다. Beneteau는 파라미터 저장소에 대해 “프레스는 고객들이 잘못된 부품번호를 입력했는지도 구별할 수 있습니다”고 설명하였다.

Eagle Press사는 IO-Link에서 사용할 수 있는 다양한 기술을 통해 그들의 필요사항과 요구사항에 맞는 멀티-벤더 솔루션을 완벽하게 통합할 수 있었다. IO-Link 압력, 단계 및 온도 센서는 프레스의 다양한 어플리케이션과 사용되어 왔다. 유압유 레벨, 압력 및 온도를 모니터하기 위한 윤활유, 클러치, 보울스터컨트롤이 있다. 추가 센서는 스크렙 슈트 도어 제어, 카운터 밸런스 조절과 유압 과부화 조절을 위해 사용되었다. 셧하이트는 해상도와 크기 조정 계산이 필요 없이 수천 밀리미터의 엔지니어링 단위에 대한 측정 값을 리포트하는 발루프의 IO-Link 선형 위치 센서를 이용하여 정확하게 측정될 수 있다. “우리는 IO-Link를 이용하여 장비의 아날로그를 제거하는 것이 가능합니다.”(Ritchie)

패널 마운트 모터 시동장치와 같은 전통적인 I/O 디바이스는 기계의 전기적 와이어링에서 추가적인 값을 제공했다. 모터 시동장치는 IO-Link에 의해 모니터링되고 제어된다. 는 IO-Link 모터시동장치로 이동하면서 추가적인 장점을 발견하였다. “우리는 전통적인 접촉기로부터 배전의 절반 이상을 제거하고 진단정보를 확보하는 것이 가능합니다. 크라운, 램박스 그리고 윤활유상자를 제거할 수 있습니다. 그리고 I/O 허브로 내장된 단락 보호장치로 기계에 있는 퓨즈와 브레이커를 제거할 수 있었습니다.”(Beneteau)

Eagle사는 IO-Link 활용하여 유지보수를 크게 개선하였다. 낡거나 손상입은 부분을 교체하는 것은 센서를 자동으로 파라미터화하는 IO-Link로 인해 쉬운 일이 되었다. Beneteau가 언급하길 “박스에서 꺼내고 볼트로 끼우고 연결하라. 그러면 작동될 것이다.” 이는 발루프 IO-Link 마스터의 자동 파라미터 다운로드 기능을 통해 에러없는 재 측정이 가능하게 되었다. 이는 장비 셋업의 복잡성을 줄이고 오류가 발생한 장비의 핫스와핑으로 다운타임을 줄여 고객 유지보수 팀에게 가치를 제공한다. 트러블 슈팅은 개별 I/O 포인트에 이르기까지 진단 가시성 제공으로 문제 해결이 더욱 효과적이다. Beneteau는 기계 마운트 I/O의 조합이 진단을 더욱 쉽게 하고, 배선을 60% 이상 대폭 감소시켰기에 가능하였다고 강조했다.

Ritchie에 의하면 프레스에서 전통적인 제어 아키텍처의 트러블슈팅은 다음의 변화를 가지게 되었다. “IO-Link로의 이동과 램의 전기 캐비닛 제거하는 것이 중요합니다. 기름이 도처에 흐르고 고객에게 떨어질 수도 있어 이런 공간에서 즉시 트러블슈팅을 하기란 쉽지 않았습니다. 하지만 이제 고객도 사다리에 올라갈 일이 훨씬 줄어들 것입니다.”

Eagle은 EtherNet/IP IO-Link 마스터와 IO-Link 슬레이브 I/O 허브를 통해 피트에서 배선함을 완전히 제거했다.뿐만 아니라 기계 마운트 I/O와 스마트센서 진단을 이용하여 트러블슈팅을 개선하였다.

EtherNet/IP IO-Link 마스터와 IO-Link 슬레이브 장치로 제공된 데이터와 진단 활용으로 생산관리가 개선될 수 있다. “작업자가 다운타임의 원인, 부품 개수, 유휴 시간, 그리고 작업자의 책임 여부를 파악하기 위해 기계를 맡았는지를 보고할 수 있다.”(Beneteau) Eagle Press사의 세일즈 팀장인 Mike Herbert가 보충하였다 “더 많은 고객이 분석, Industry 4.0, 및 IIoT 역량과 같은 정보를 장비로부터 찾고 있습니다. OEE와 다운타임과 같은 중요한 데이터도 Ethernet을 통해 프레스로부터 쉽게 보고될 수 있습니다.”

Eagle사에서 프레스 제어를 위한 IO-Link의 활용으로 북미 전역에 최소 15대의 프레스가 설치되었다. Beneteau는 “IO-Link는 외관을 깔끔하게 바꾸고 우리 기계의 일관적인 디자인을 만들었습니다. IO-Link 솔루션은 엔지니어링, 구축, 해체, 재가동을 위해 모듈화가 될 수 있도록 도왔습니다.”라고 설명했다. Hebert는 “프레스가 발루프 IO-Link 솔루션으로 대체하여, 아키텍처의 변화로 인해 관련된 분야의 서비스 요청이 크게 줄었습니다.” IO-Link는 생산량 증가와 다운타임 감소를 고려하는 제조사를 위해 매우 긍정적인 효과를 제공한다.