속도에 취한 컨트롤 시스템

PLC의 요즘 트렌드는 사이클 타임의 단축이다. 독일 뉘른베르크에서 열린 SPS IPC Drives 박람회를 참관한 관람객은 이러한 트렌드를  확인할 수 있었다. 컨트롤 시스템 영역의 다섯 가지 예가 이를 입증하였다.

알렉산더 푈커르트: 프리랜서 저널리스트

기계와 시스템은 더욱 빨라지고, 속도에 대한 요건도 증가하고 있어, PLC 제조사들은 점점 더 짧은 사이클 타임으로 경쟁력을 높이고 있다. 하자만 대부분의 현장에서 문제를 일으키는 것은 사이클 타임이 아니라 사이클 타임의 불안정이다. 진행 중인 프로세스에 따른 사이클 타임의 변동이 문제가 되고 있다. 마이크로 초 단위의 시간을 줄이려고 애를 쓰는 것은 별로 도움이 되지 않는다. 포장기의 경우 급하게 포지셔닝을 하게 되면 위치가 부정확해지고, 접착 띠 길이가 변화가 생겨 엉뚱한 위치에 인쇄가 되기도 한다.

Zander의 컨트롤 ZX20은 이러한 문제의 원인을 파고들어 모든 사이클 타임을 완전히 없애버렸다. 그렇다면 사이클 타임 없이 작업이 가능한가? PLC의 핵심을 한 번 들여다보자. PLC에는 잽싼 마이크로 컨트롤러가 컴파일된 사용자 프로그램의 코드를 주기적으로 처리하는데, 이 때 시간과 변동이 수반된다. 사용자 프로그램은 FPGA(Field Programmable Gate Array)에 버닝된다. 이렇게 되면 더 이상 프로그램이 진행되는 것이 아니라, 오히려 완벽한 동시 프로세싱이 이루어진다. 따라서 전체 사용자 프로그램이 “하드웨어로 구현되는 것“이다. 그렇다면 프로그래머는? 프로그래머는 이 모든 것을 느끼지 못하고, 자신이 알고 있는 PLC 언어 ST(structured text, 구조화된 텍스트)로 프로그램을 작성하고, 기존 PLC에서 하는 것처럼 컨트롤 시스템에 로딩한다. 그러나 그 곳에서 데이터 메모리가 아니라 고도로 복잡한 FPGA가 버닝된다. 이 경우 문제 해결책을 직접 프로그래밍하느냐 아니면 간접적으로 하느냐는 전혀 상관 없다. ZX20의 사이클 타임은 항상 동일하고 일정하다. 즉 제로이다. 그렇다면 기계에서의 결과는? 모든 작동 상태에서 변동이 없이 최대한 빠르게 그리고 일정하게 반응한다.

제어 시스템이 아닌 자동화 컨트롤러

개별화 가능한 회로 기판 2개가 종래의 산업용 컨트롤러와 이 컨트롤러를 구분한다.
개별화 가능한 회로 기판 2개가 종래의 산업용 컨트롤러와 이 컨트롤러를 구분한다.

2년 전 Micro Control사는 제어 시스템에 대한 한 가지 컨셉트를 선보였다. 구조(개별화 가능한 회로 기판 2개)와 벤치마킹 데이터((-40 ~ 85°C, 공급 전압 9 ~ 36 VDC, 무배터리 스토리지)에서 종래의 산업용 컨트롤러와 구분되었다. 최초의 고객과 협력하여 일년 여의 개발 과정을 거쳐 양산할 수 있게 되었고, 2015년 11월 초부터 시장에 공급하고 있다. 업체는 자신의 제품을 제어 시스템이 아니라 자동화 컨트롤러로 부를 만큼 성능 면에서도 뚜렷한 차이를 보인다. 특히 중요한 차이점으로는, 플라스틱 하우징 대신 금속 하우징, 제조사와 상관없는 운영 시스템(Linux), IT 인프라에 통합 가능, 추가의 외부적인 엔지니어링 툴 없이 로컬 프로그래밍 가능, 그리고 인더스트리 4.0 가능을 들 수 있다. 또 다른 업체는 독립적인 PLC로서 사용할 수 있으며 분산 I/O 시스템으로도 사용할 수 있는 모듈러 시스템을 선보였다. Codesys V3로 프로그래밍 가능한 임베디드 PC와 Kuhnke-FIO 패밀리의 관련 I/O 모듈은 스위치 캐비닛 내에서 자리를 덜 차지한다. PLC 기능을 구비한 모듈 외에 이 업체는 단자대에 최대 32개 I/O 포인트가 있는 고도로 집적된 I/O 확장 모듈도 제공한다. 이때 배선은 별도의 터미널을 통해 연결되며, 교체나 1차 배선에 문제가 없다.

모듈 간 통신 및 연결되어 있는 필드 버스 세상과의 통신은 이더캣이 책임진다. 100Mbit/s의 이더넷 프로토콜은 각각의 단자까지 유지되고, 프로토콜링 이행으로 인한 시간 손실이 없다.

 

레나테 필츠, Pilz GmbH & Co. KG 이사. "소프트웨어는 최신 자동화 컨셉트에서 핵심적인 역할을 합니다.“
레나테 필츠, Pilz GmbH & Co. KG 이사. “소프트웨어는 최신 자동화 컨셉트에서 핵심적인 역할을 합니다.“

소프트웨어로 안전성과 자동화를 하나로 묶다

Pilz는 SPS IPC Drives 에서 센서장치에서 컨트롤 기술을 거쳐 구동 기술에 이르기까지 안전성과 자동화의 모든 면을 선보였다. 신제품으로는 구성 가능한 컨트롤 시스템 Pnozmulti 2를 위한 기본 장치 “m B 1“을 들 수 있는데, 이 장치는 기능 범위가 큰 기계에 더 많은 출력을 제공하고 이더넷 포트가 2개이다. 적절한 확장 모듈을 통해 통상적인 모든 필드 버스 시스템에 연결하여 가동 중지 시간은 짧고 시스템 가용률은 높아진다. “Pnozmulti Configurator“ 버전 10도 이번 박람회에서 소개되었다. 이 컨피규레이터를 사용하여 Pnozmulti Mini 및 Pnozmulti 2를 포함하여 모든 Pnozmulti 컨트롤 시스템을 간편하게 조작할 수 있다. 이 버전은 모듈 프로그램 구성을 지원한다. “이 소프트웨어는 최신 자동화 컨셉트에서 핵심적 역할을 합니다. 이 소프트웨어의 목적은 복잡한 기계와 시스템의 셋업 및 운전을 가능한 간단하게 하는 것입니다. 또한 이 소프트웨어는 안전성과 자동화를 잇는 결정적인 가교 역할을 합니다. 두 세계를 잇는 도구라고 할 수 있습니다.“(레나테 필츠, Pilz GmbH & Co. 이사)

ABB도 이번 SPS IPC Drives 박람회에서 신제품을 소개하였다. 바로 “SPS AC500“이다. AC500 Machinery Controller PM595는 제조산업의 견고하고 강력한 컨트롤 시스템을 위해 최적화하였으며, 커뮤니케이션을 실행하기 위해 32bit-Risc 프로세서와 두 배로 정확한 부동 소수점 프로세서를 탑재한 1.3GHz 프로세서, 16Mbyte 사용자 프로그램 메모리 그리고 수많은 통신 인터페이스를 갖추었다. 이 컨트롤러는 복잡한 컨트롤 작업도 실행할 수 있다. 수많은 축을 이용하여 정밀하게 움직이기나 로봇이나 복잡한 키네마틱 어플리케이션을 위한 실시간 삼각법 계산과 같은 광범위한 수학적 조작이 그런 경우이다.