Festo, 압축공기는 필요한 만큼만 소비하자.

에너지가 부족하면 잘 돌아가지 않지만, 에너지를 너무 많이 사용하면 공중에 현금을 뿌리는 꼴이다.

크리스토퍼 하우그(Christopher Haug): Festo, International trade press manager

핵심 내용

  • 사용자는 ‘ECO 드라이브’ 앱으로 공압 장치의 에너지 소비를 자동으로 제어할 수 있다.
  • 에너지 효율 모듈은 압축공기 소비와 공급을 모니터링하고, 누출을 자동으로 감지하여 시스템 당 3.2t의 이산화탄소와 수백 유로(수십만 원)의 작동 비용을 절감할 수 있다.
  • 학습하는 예지 보전 시스템이 모든 타입의 클램핑 시스템의 고장을 줄여준다.

자동차 산업, 제약 산업, 식품 산업 등 선도적인 제조사들이 자사 제품에 대해 CO2 목표를 공식화하고 있다. 이제 기계 제조사들도 차세대 모델에서 에너지 절감을 확실하게 보장해야 한다. 이에 Festo와 같은 자동화 기술 전문 업체들이 이 시점에서 이에 적합한 솔루션을 제공하고 있다. 최초로 디지털화된 공압 제품인 Festo 모션 터미널 VTEM, 에너지 효율성 모듈 MSE6-C2M, 인공 지능 등 옵션은 다양하다.

VTEM 모션 터미널: 기본 하드웨어에 고객 주문에 따라 개발자는 새로운 기능을 앱으로 실현하고, 다양한 기능을 부여할 수 있다.

인더스트리 4.0에서 최초 제품 가운데 하나인 Festo 모션 터미널 VTEM은 디지털화가 공압 장치와 함께 작동한다. 앱이 연결되어 있는 공압 장치는 유연성과 에너지 효율성 측면에서 가히 혁신적이다. 개발자는 앱에 대한 기능으로 기본 기계 타입을 만들고, 고객 주문에 따라 앱을 선택하여 기계에 다양한 기능과 특성을 부여한다. Festo는 밸브 메인 단계를 제어하기 위해 피에조 밸브에 저 에너지 기초 기술을 개발하였다. “이 기술로 최소한의 에너지 소비로 비례 제어가 가능하게 되었습니다.”(마커스 스템러, Festo 모션 컨트롤 제품 매니저) 이피에조 밸브는 작동에 널리 사용되는 솔레노이드 밸브와 비교하였을 때 에너지 소비량의 1/1000에 불과하다.

예를 들어 사용자는 공압 장치 작동 시에 ‘ECO-drive’로 에너지 소비를 실제로 필요한 양만큼 자동으로 낮출 수 있다. 이를 통해 공압 순수 동작 최종 위치에서 에너지 소비에 추가의 힘이 필요하지 않도록 필요한 수준으로 낮출 수 있다.

올바른 압력이 중요하다

모션 앱의 ‘선택 가능한 압력 레벨’에서 각 기능의 모든 동작에 맞는 압력을 복잡하지 않게 조정할 수 있다. 마커스 스템러가팁으로 언급하길 “사내 자동화 작업에서 최고 수준의 압력이 실제로 필요한지 점검해봐야 합니다. 예를 들어, 프레스에서 부하가 가해지지 않는 리턴 스트로크에서 에너지 사용량이 실제보다 적은 경우가 많습니다.” Festo 모션 터미널은 수직 운동으로 아래로 이동하는 경우, 중력을 이용하여 실제보다 적은 압력으로 이동할 수 있다. 각각의 운동의 부하가 변하거나 최종 위치에 힘이 다른 경우, 압력 레벨이 부하에 따라 결정되며, 최적화된 에너지를 사용할 수 있다.

또한 로딩 절차가 빨라지고 에너지도 덜 소비하게 된다. 이는 압력을 낮추고 그로 인해 공압 시스템에서 공기 소비가 줄어들기 때문이다. 계산 결과, 표준 공압 장치에 비해 수평으로 설치된 DSBC 공압 실린더의 경우, 공기 소비량이 동작 당 약 1/3 수준이고, 수직으로 설치된 동일한 DSBC 공압 실린더의 경우는 약 3/4이다. 이러한 로드 및 언 로드 절차의 경우 수직 및 수평 설치 실린더를 제어하는 것만으로 약 60%의 에너지를 절감할 수 있다.

어느 것도 더 이상 새지 않는다

‘누출 진단’ 앱으로 밸브, 튜브, 피팅, 드라이브를 포함하는 전체 공압 컨트롤 내 누출을 찾아 예지 보전이 가능하다. 이는 결함이 있는 구성 요소를 조기에 찾아 생산을 마비시키거나 기계를 손상시키기 전에 교체하는 것이 목적이다. 또한 Festo 모션 터미널은 결함이 있는 공기 채널을 막아 누출을 막고 압축 공기가 새나가지 않도록 조치한다. 이처럼 혁신적인 자동화 플랫폼은 불필요한 에너지 소비를 막을 수 있다.

소비량을 제어한다

전체 에너지 컨셉트에서 또 다른 모듈은 Festo의 에너지 효율성 모듈 MSE6-C2M이다. 이 모듈은 압축공기 소비와 공급을 모니터링하고, 누출을 자동으로 감지한다. 기계와 시스템에도 적용이 가능하다. 이 에너지 효율성 모듈로 측정 데이터를 수집하고 분석할 수 있을 뿐만 아니라, 공급에 적극적으로 개입하여 압축공기 소비를 자동으로 감축시킨다. 사용자는 시스템 당 연간 최대 3.2t의 이산화탄소와 수백 유로(수십만 원)의 작동 비용을 줄일 수 있다.

MSE6-C2M 제어, 계측, 측정: Festo는 새로운 에너지 효율성 모듈 을 통해 압축공기 공급을 완전히 제어한다.

에너지 효율성 모듈 MSE6-C2M는 압력 조절기, 온-오프 밸브, 센서 장치 및 필드버스 커뮤니케이션을 하나의 스마트한 유닛으로 결합하였다. 이 모듈은 압축공기 소비량을 모니터링하고, 비생산 시간에는 정의된 대기시간이 지난 후 압축 공기를 차단하고, 동시에 시스템 압력이 정의된 대기압력 레벨 아래로 떨어지지 않도록 조절하여, 자동차의 자동 스타트-스톱과 유사하게, 시스템 정지 시에도 에너지가 더 이상 소비되지 않는다.

시스템의 압력을 완전히 없애지 않아도 압력 레벨이 낮으면 에너지가 절감된다. MSE6-C2M 모듈은 시간이 흐르면서 나타나는 누출을 자동으로 감지하며, 이를 컨트롤 시스템에 통보한다. 이 모듈은 프로피넷을 통해 기계 네트워크에 완전히 통합할 수 있다. 압력, 유량 등의 모든 측정값이나 시스템 매개변수는 PLC 또는 클라우드에서 모니터링하여 사용할 수 있고, 표시할 수 있으며 계속해서 개별적으로 처리할 수도 있다.

유량 소비량 및 압력 측정값은 언제든 불러올 수 있다. 시스템 운영자는 획득한 정보를 바탕으로 지속적으로 기계에서 지능형 에너지 모니터링을 실시할 수 있다. MSE6-C2M 모듈을 통해 일 년 전에 비해 현재 시스템이 압력과 유량을 얼마나 더 소비했는지, 한 배치 당 얼마만큼의 압축 공기를 필요로 하는지, 압력이 올바르게 조정되는지, 기계 고장 시 압력과 유량이 얼마나 되는지를 산출할 수 있다.

고장에 대비하여 실시간으로

에너지 관리는 인공 지능을 이용하여 효율성 다음 단계로 올라갈 수 있다. 인공 지능은 기계에서 실시간으로 데이터를 수집하고, 데이터 소스인 바로 그곳에서 실시간으로 데이터를 해석할 수 있다. 자동차 제조사들은 Festo 그룹의 자회사이자 인공지능 전문 업체인 Resolto의 플랫폼 Scraitec을 이용하여 이 절차가 이루어지고 있어, 데이터를 현장 가까이에서 바로 해석하고 있다. 이로 인해 에너지가 절감되고 사이클 타임이 짧아지며 기계 고장과 생산 오류도 줄어든다. Scraitec은 시스템의 양호한 상태를 확인하고 시스템의 센서 데이터를 실시간 분석하여 이상 유무를 찾아낸다. Scraitec은 조기에 정밀하게 예측하고 진단을 내려 적절한 조치를 제안한다.

Festo의 IoT 게이트웨이 CPX-IOT을 통해 필드 레벨에서 기계와 시스템을 모니터링할 수 있다. 필드 레벨은 소프트웨어 Scrai-Field로 지원된다.

“인공 지능과 분석을 통해 AI 알고리즘을 클라우드에 연결할 수 있을 뿐만 아니라 Festo 구성 요소에 바로 연결하여, Festo 제품 포트폴리오에도 영향을 줍니다.”(타냐 마스, Resolto 대표) 고객은 Festo의 IoT 게이트웨이 CPX-IOT를 통해, 필드 레벨에서 기계와 시스템을 모니터링할 수 있다. Resolto의 사전 훈련된 모델을 사용하여 하드웨어에 대한 요구 사항을 최소화하고, 이 IoT 게이트웨이는 필요할 경우 클라우드와 연결된다.

자동차 제조사에서 공압 클램프 시스템은 100 유로(원화로 13만 원)에 불과하지만, 예상치 못한 생산 중단은 수십만 유로(수억 원)의 비용을 초래한다. 따라서 마모 및 사이클 타임이 느려지는 것을 알려주는 조기 경보 시스템이 이상적이라 할 수 있다. 다시 말해 모든 타입의 클램핑 시스템에 대해 학습하는 예지 보전이 필요하다. 실시간 데이터 분석을 위한 Scraitec을 적용한 솔루션은 클라우드로 연결할 필요 없이, Festo 컨트롤러 CPX-E-CEC를 직접 통합할 수 있다.