Beckhoff, PLC 사이클 타임과 비용을 줄이는 기반 컨트롤

확장 가능한 컨트롤 기술로 열교환기 생산 시스템을 자동화하여 컨트롤 기술에 대한 비용과 PLC 사이클 타임을 30% 정도 낮출 수 있다.

셰인 노바체크(Shane Novacek): Beckhoff Automation LLC(USA, 세비지) 북미 마케팅 커뮤니케이션 매니저

핵심 내용

  • Ramp는 Core Energy Recovery Solutions을 위해 Beckhoff 산업용 PC C6930을 선택하였다.
  • 데이터 수집과 기계 안전을 위해 Beckhoff의 아날로그 및 디지털 I/O 컴포넌트를 사용한다.
  • 구동 기술에는 Beckhoff의 서보모터 터미널 EL7211을 사용한다.
  • 성능과 부하에 대한 요건이 까다로운 경우, AX5000 시리즈의 서보 앰프를 사용한다.

Ramp는 캐나다 밴쿠버에 위치한 Core Energy Recovery Solutions의 요청으로 제조사 건물의 에너지 효율을 높이는 열 교환기 제조 시스템을 개발하였다. Ramp는 이 프로젝트에서 효율성에 포커스를 맞추고, 맞춤 솔루션을 표준 모듈과 조합하였다. 기계 장치 설계 책임자인 제프 커의 설명이다. “모든 분야를 망라하여 요건을 확인하고, 이를 개별적인 단위로 분리했습니다. 고객을 위해 모든 기계적 구성 요소와 제어 구성 요소를 완전하게 호환하고 최상의 솔루션을 실현하도록 보장하였습니다.”

2018년에 CoreEnergy Recovery Solutions는 주거용 건물과 상업용 빌딩 환기 시스템의 열 회수를 통해 에너지 효율을 높이는 축열식 열교환기를 만들었다. 이 열교환기는 냉기와 온기 흐름을 서로 분리되어 나란히 배치된 채널을 지나가도록 안내한다. 이 장비는 출발 물질로 특허받은 폴리머 막과 주름진 알루미늄 필름을 가공하며, 이때 고객의 주문에 따라 다양한 높이와 기울기로 층들이 적층된다. 시스템의 두 번째 부분에서 적층된 재료는 Ramp가 개발한 정밀 진공 컨베이어를 통해 운반된다. 레시피에 따라 250mm ~ 1m에서 배치 위치를 변경할 수 있는 그리핑 위치가 통일된 픽&플레이스 프로세스에서 분리 물질이 고객 별 필름 층에 도포된다. 그리고 마지막 작업 단계에서 고객 주문에 따라 여러 치수와 높이의 층들이 적재되고 컨베이어 벨트를 통해 반출된다.

주거용 주택 또는 업무용 빌딩의 환기 장치 에너지 회수용 열교환기 제조에 사용되는, 칸막이 판과 알루미늄으로 만들어진 적층 박판 층.

Ramp는 확장 가능한 드라이브 기술과 효율적인 컨트롤 그리고 일관된 I/O 시스템을 위해 핵심 프로젝트에 Beckhoff의 PC 기반 컨트롤을 사용하였다. PLC 프로그래밍 및 모션 컨트롤은 IEC-1131-3 언어로 TwinCAT 3을 사용하고, 소프트웨어 엔지니어링에서도 이 업체의 표준화된 접근법을 사용하였다. TwinCAT을 사용하면 AWS(Amazon Web Service)와 SAP에서 제공하는 상위 데이터베이스와의 안전한 통신을 위해 OPC UA와 같은 제조사 중립적 기술을 사용할 수 있다.

뛰어난 성능의 개방형 컨트롤 기술

Ramp는 Core Energy Recovery Solutions을 위해 회사의 레시피와 데이터 수집 솔루션을 실행할 수 있는 산업용 PC를 선택하였다. “프로세스 내내 최대한의 컨트롤을 유지하기 위해 1ms의 사이클 타임으로 애플리케이션을 실행할 수 있는 IPC가 필요했고, Beckhoff의 컨트롤 캐비닛 IPC C6930을 선택하였습니다.”(스티브 슬로투버, Ramp 프로젝트 컨트롤 매니저)

1년 걸린 개발 기간 동안 IPC는 I/O 컴포넌트를 추가하여 갈수록 증가하는 요건을 충족하고 충분한 성능 여유를 제공하였다. C6930 덕분에 스케줄 내에 프로젝트를 완료할 수 있었다. Ramp는 IPC에 Beckhoff의 멀티 터치 컨트롤 패널 CP2916을 연결하였고, 이 패널은 대시보드를 이용하여 일목요연하게 확인할 수 있어, 생산 데이터와 시스템 효율성을 높여준다. 또한 Beckhoff의 아날로그 및 디지털 I/O 컴포넌트를 이용하여 데이터 수집과 기계 안전에 관련한 요건을 처리한다. 최대 16개 I/O 채널과 12mm 너비의 하우징을 지닌 고밀도(HD) EtherCAT 터미널은 공간을 많이 차지하지 않는다.

EtherCAT I/O 시스템 덕분에 고속 네트워킹과 신속한 스캔 시간을 실현하고, 유연한 네트워크 토폴로지를 포기할 필요도 없었습니다. 핵심 어플리케이션은 생산 교체에 유연하게 대응하고 10ms 이내로 컨트롤 출력을 조정할 수 있는 하이엔드 컨트롤 기술이 필요합니다.”(매트 부흐발트, Ramp 전자 기술 매니저) 또한 제3의 공급자가 제공하는 다양한 필드 장치에 연결할 수 있다. 예를 들어 철도 운반용 EtherNet/IP 컴포넌트, 이미지 처리 하드웨어, 자동 파워 클램핑 제어와 계량 유닛 등이 이에 속한다.

또한 Ramp는 보호 유형 IP67의 수많은 EtherCAT 박스 모듈을 사용한다. “이를 통해 필드 입력부와 출력부를 어플리케이션에 더 가깝게 배치하고 라인 길이와 드래그 체인에 대한 일반적인 요건을 줄이고, TwinSAFE I/O를 통해 동일한 EtherCAT 네트워크에 모든 안전 시스템을 통합하여 배선과 조립 수고를 줄일 수 있습니다.”(매트 부흐발트)

AM8000 시리즈의 OCT 서보 모터는 운송 및 적재 작업을 담당하고 웹 적층, 견인 제어와 높이를 조정한다

구동 기술은 규모 확장성이 크다

Ramp는 드라이브 기술에 Beckhoff의 서 보모 터 터미널 EL7211을 사용한다. “서보모터 터미널 너비가 24mm에 불과하여 컨트롤 캐비닛에서 자리를 훨씬 덜 차지합니다. EL7211에는 비교적 저렴한 48V 전원 공급 장치가 제공되어 공간과 비용 측면에서 서보모터의 요건을 줄여줍니다.”(슈테펀구겔러, 컨트롤 기술 책임자) AS1020 시리즈의 스테퍼 모터는 공진이 중요한 적용 사례에 대해 증분형 인코더가 내장된 스테퍼 모터 모듈 EP7041(50VDC, 5A)을 통해 실행된다.

하이엔드 포지션 제어, 전자 기어, 속도 제어 및 위치 제어 등, 더 까다로운 전력 및 부하 요건을 위해 AX5000 시리즈의 서보 앰프를 사용한다. 서보 앰프는 OCT(원 케이블 기술)로 연결되는 서 보모 터 AM8000을 이용하여 운송 및 적재, 웹 적층, 생산 라인에서 견인과 높이 조정이 가능하다.

PC 기반 컨트롤 기술이 옳았다

슈테펀구겔러에 따르면 이전 세대의 PLC 기반 시스템 및 PAC 기반 시스템과 특성 값을 비교하면 지금까지 공급자의 기기들에 비해 이 컨트롤 시스템의 PLC 사이클 타임과 비용이 약 30% 줄었다고 한다. Beckhoff의 컨트롤 기술 및 통신 기술은 Ramp가 생산 처리량을 높이고 항상 고객이 기대하는 것 이상을 달성하는 데에 도움을 준다.

TwinSAFE I/O를 통해 EtherCAT 네트워크에 모든 안전 시스템을 통합하여 배선과 조립 수고가 줄었습니다.매트 부흐발트, RAMP 전자 기술 책임자