제조 현장의 직류 전류 도입

KUKA는 로봇 지원 생산 라인의 직류 파워 서플라이 시스템이 교류 파워 서플라이 시스템과 비교하여 여러 가지 장점을 있는 것을 확인하고, 생산 시스템을 전환하였다. 이 과정에서 무엇이 필요하고 어떤 경험을 했는지 알아보자.

라인홀드 셰퍼(Reinhold Schäfer)

핵심 내용

  • DC 기술은 생산 과정에서 AC에 비해 전력 소비를 10% 정도 줄일 수 있다.
  • 저장 시스템 설계 시뮬레이션에서 연결 부하가 크게 감소하는 것으로 나타났다.

KUKA가 Smart Production Center에 설치한 시스템은 언뜻 보기에 다른 회사에 설치되어 있는 일반적인 로봇 시스템과 유사해 보인다. “우리의 스마트 생산 센터는 크게 4대의 로봇과 공구 체인저를 장착한 표준화된 셀로 구성되어 있습니다. 이들은 AGV(무인 운송 차량)에 의해 네트워킹되어 있습니다. 생산 주문은 특별히 개발된 AI 기반 소프트웨어를 통해 전달됩니다. 이 소프트웨어가 도구와 장치를 사용하여 셀을 준비하는 것은 물론 구성 요소와 어셈블리의 후속 운송을 결정합니다.”(마티아스 파우크너, KUKA 기술 센터 시스템 EMEA 프로젝트 매니저).

하지만 이 시스템은 전원 공급 측면에서 KUKA의 다른 데모 시스템과 전혀 다르게 구성되어 있다. 현재 Smart Production Center의 일부가 직류 전원을 공급받는 변환하는 작업을 하고 있기 때문이다. “우리는 앞으로 이를 통해 잠재적인 고객들에게 유연한 시스템 개념이 있는 기존 기술 외에 당사의 DC 기술을 전수하고, 이 기술의 장점을 직접 시연할 수 있습니다. 시스템 제조업체로서 KUKA의 목표는 항상 새로운 기술의 잠재력을 활용하여 시스템 성능을 높이고 경제적이며 에너지 효율적으로 만드는 것입니다. 예를 들어, DC 기술을 적용하면 분산형 에너지 저장 장치를 통합하여 전력 피크를 줄이고 재생 에너지를 사용할 수 있습니다.”(마티아스 파우크너).

데모 시스템을 개조할 경우 기술적인 부분은 교체할 구성 요소와 새로운 구성 요소를 설계하는 것으로 제한된다.

이 매트릭스 셀을 DC 공급으로 변환한 이유는 따로 있다. “우리는 이를 통해 성능과 비용 그리고 에너지 소비와 관련하여 전류 전환 이전과 이후를 비교할 수 있습니다.”(페터 클뤼거, KUKA의 자동차 시장 섹터 관리자). 작업은 650V의 전압 대역으로 진행하였다. “우리는 실질적으로 4개의 산업용 로봇, 센터링 장치, 공구 체인저, 용접 인버터 그리고 AGV 용 충전기에 직류를 공급할 예정입니다.”(마티아스 파우크너).

페터 클뤼거에 의하면 저장 시스템 설계 시뮬레이션에 통해 연결 부하가 크게 감소하고 전력 소비량도 거의 10 % 감소했다. 물론 이것은 에너지 가격의 기준이 되는 최대 소비 가치와 관련하여 이점이 있다. 데모 시스템을 개조할 경우 기술적인 부분은 교체할 구성 요소와 새로운 구성 요소를 설계하는 것으로 제한된다. 하지만 직류(DC) 기술로 교류(AC) 장치에 전기를 공급해야 한다. “우리 매트릭스 셀에서는 로봇, 용접 인버터, AGV 그리고 에너지 분배 장치가 이에 해당합니다. 그 외에 액티브 프런트 엔드와 에너지 저장소, 특수 DC 퓨즈 장치가 있습니다.”(마티아스 파우크너)

하지만 이게 전부는 아니라고 한다. “우리는 시스템과 에너지 저장 장치를 위한 피드인으로 액티브 프런트 엔드, 다시 말해, 정류기를 설계하고 통합해야 합니다. 시스템 전환 전후에 검증하고 또 검증하였습니다. 일부 구성 요소는 특별 제작이기 때문에 경제적 비용에 대해서는 아직 말할 수 없습니다.”(페터 클뤼거)

물론 구성품도 절약된다. 구성품은 구성 요소 수준에서 대부분 생략되므로, 오히려 구성 요소 제조업체에서 이에 대한 자세한 정보를 제공할 수 있다. 시스템 측면에서 피드인 전력과 이에 따른 구리 단면적 및 업스트림 구성 요소를 더 작게 설계할 수 있다. 또한 케이블의 코어 수가 3개(+, -, PE)로 줄어든다. 하지만 아직 사용할 수 없는 구성 요소로 인해 개조가 아직 완료되지 않았기 때문에 운영 중 절감에 대해 말할 수 없다.

시스템 측면에서 피드인 전력과 이에 따른 구리 단면적 및 업스트림 구성 요소를 더 작게 설계할 수 있으며, 케이블의 코어 수가 3개(+, -, PE)로 줄어든다.

마티아스 파우크너에 따르면 공장에 직류 기술을 사용할 계획은 없다고 한다. “현재 계획은 언급한 데모 셀에서 구현하고 테스트하는 것이고, 한 가지 단점은 DC 시스템에 대한 구성 요소의 가용성이 제한적이라는 점입니다.” 마티아스 파우크너 따르면 구성 요소를 개발하고 제공하려면 추가 연구를 수행해야 한다. 또한 간단한 구성과 시운전을 개발할 필요가 있다. 모델 시스템을 개발하고 테스트하는 것도 중요하다. “우리는 독일연방 경제에너지부에서 자금을 지원하는 DCIndustrie 2 프로젝트의 파트너와 함께 이러한 작업을 수행하고 있습니다.”(마티아스 파우크너)

하지만 시스템을 완전히 새로 구성하는 데 들어가는 비용에 대해서는 아직 언급할 수 없다. 이는 사용하는 시스템 구성 요소에 크게 의존하기 때문이다. “아직 광범위한 범위에서 사용할 수 없기 때문에 이에 대해 언급할 수가 없습니다.”(페터 클뤼거).