진공 생성의 디지털화로 시스템의 예측 유지 보수가 가능하다

선도적인 진공 기술 전문 업체인 Piab가 스마트 진공 시스템인 piCOMPACT® 진공이젝터 시리즈를 업그레이드했다. 장치 간 연결을 활성화하고 센서를 추가하여 프로세스 정보를 수집하고, 통합 인텔리전스를 통해 이를 분석하면서 진공 처리가 더욱 스마트해지고 더욱 안전해졌다. 예측 유지 보수는 기계 가동 시간과 수명을 늘리고 유지 보수 프로세스를 가속화하여 비용 절감과 예측 유지 보수를 가능케 하며, 이번 개발의 핵심 동기가 되고 있다.

일반적으로 예측 유지 보수는 정상 작동하는 중장비의 성능과 상태를 모니터링하는 것으로 정의된다. 이는 단순히 고효율의 소형 진공이젝터를 제공하는 것만으로 충분하지 않다는 것을 의미한다. 진공 패드와 폼 그리퍼 등 진공 그리핑 시스템에 동력을 공급하는 진공이젝터는 반도체와 FMCG 패키징 등 일반적인 픽앤플레이스 응용분야의 기계와 진공 그리핑 시스템 사이의 작동 시스템에 양면의 통찰력을 제공한다.

Piab 연구개발팀은 스마트 버전을 디지털화하면서 예측 유지 보수를 지원하는 데 초점을 맞추었다. piCOMPACT 진공이젝터 시리즈는 최첨단 기술을 결합하여 시스템을 최고 수준으로 유지하고, IO 링크 연결을 통해 다른 장치 및 클라우드와 통신할 수 있다. 필드버스 독립성을 제공하는 IO 링크는 센서와 액추에이터를 위한 기존의 검증된 연결 기술을 발전시킨 것으로, 매개변수 자동 설정하여 작동 중에도 다양한 기능의 매개변수를 읽고 쓸 수 있다. 이러한 실시간 프로세스는 실제 생산에 영향을 미치기 전에 잠재적 문제를 처리하기 위해, 시스템 진단을 통해 문제를 쉽고 빠르게 수정하고, 생산성을 향상시킬 수 있다. 이 진단 기능의 핵심 요소 가운데 하나는, 기존 기술과 달리 IO 링크가 데이터 저장 기능을 제공하는 것이다. 이를 통해 야간작업 중에 장치가 고장 나거나 작업이 실패했을 경우 이에 대한 원인을 신속하게 확인하고, 전기 연결이 잘못된 것을 수정하거나, 결함이 있는 장치는 교체하고, 새로운 대체 장치를 연결되면 이전 장치의 매개변수를 자동으로 전송하여 설치 시간을 절약할 수 있다.

빅 데이터 분석을 위해 시스템을 최적화하고 사용할 수 있는 정보를 생성하기 위해 측정 작업이 필요하다. 이에 센서를 사용하여 상태 모니터링과 예측 유지 보수를 용이하게 할 수 있다. 시스템의 누설이나 진공이젝터가 제대로 작동하지 않을 경우와 같이 작동 문제를 감지하고, 진공이젝터의 작동 특성을 측정할 수 있는 센서를 추가하였다.

Piab의 연구개발팀은 piCOMPACT 진공이젝터에 시스템 온도 전류, 시스템 전압, 가속도, 사이클 카운터 및 시스템 자가 점검 기능을 측정하는 여러 진단 센서를 장착하였다. 이 센서들을 통해 로봇셀이나 플랜트의 이상 여부를 확인할 수 있으며, 전체 자동화 시스템을 모니터링하여, 이젝터 자체의 작동 방식의 이해를 높이는 한편, 연결된 장비 또는 주변 장비의 문제를 방지할 수 있다.

센서는 실제 작동 온도를 표시하여 이 범위를 벗어날 경우 이를 확인할 수 있다. 또한 범위를 벗어나는 작동 온도는 이젝터 인접 환경에 문제가 있음을 의미한다. 이 기능은 이젝터의 수명을 늘리고 최적의 작동을 보장하지만, 다른 한편으로 온도 상승을 유발하는 다른 시스템에 문제가 있을 경우 경고 신호를 감지할 수 있다. 전압 센서는 전원 입력을 제어하고 작동 상태를 결정한다. 이 기능은 사용자가 저전력으로 인한 시스템 손상을 방지하고 전체 시스템 수명을 늘릴 수 있으며, 저전력 ‘전압’이 작동하면 경고가 주어진다.

진공 기반 로봇 그리핑 시스템의 유지 보수를 예측하는 매개변수를 통해 시스템을 깨끗하게 유지할 수 있다. 특히 진공 필터가 오염으로 인한 진공흡입 유량 강하로 인해 프로세스 속도가 느려지거나, 먼지가 많아 잘못된 신호를 주는 경우 대응할 수 있다. 이를 모니터링하는 방법은 진공 시스템에 내장된 압력 강하 레벨 또는 piCOMPACT 진공 이젝터 시리즈에서 Free-running Vacuum Level (FVL)을 제어하는 것이다. FVL이 초기 상태에서 벗어나기 시작하면 시스템의 FFVL (Fresh Free-running Vacuum Level)이 막히기 시작한다.

진공 시스템에서 손상된 튜브, 피팅, 파손된 진공 패드 등 누출까지 유지 보수를 예측하는 또 다른 방법은 특정 진공도로 공기가 빠지는 데 걸리는 시간을 추적하는 것이다. piCOMPACT 진공이젝터는 완전히 작동하는 진공 시스템에서 FTTH (First Time To Hit) 기능을 참조한다. FTTH는 Fresh Free-running Vacuum Level (FFVL)부터 가장 빠른 비우기 시간을 측정하고, 15kPa까지 더 낮은 진공 상태에서 측정한다. 이후 사이클이 TTH (Time To Hit)로 모니터링하고 동일한 수준(15kPa)으로 진공하는 시간이 오래 걸린다면 시스템에 누출이 있을 가능성이 높고 서비스가 필요한 경우이다.

자동화 수준이 높은 반도체 및 FMCG 패키징 산업을 보면, 기계가 작동뿐만 아니라 유지 보수에도 안정적인 운영이 중요한 역할을 한다. 이로 위해 액추에이터와 센서를 위한 별도의 전력 도메인이 개발되었다. 이러한 시스템은 로봇 셸의 유지 보수나 액추에이터를 파워 서플라이에서 분리해 둔 경우에도, 별도로 센서 전원을 활성화하여 작업자를 위험으로부터 예방한다. 별도의 전력 도메인의 장점은 별도의 밸브 스테이션 없이 콤팩트한 스타일의 이젝터를 사용할 수 있고, 설치 비용도 절감되며, 콤팩트 이젝터에 대한 추가 모듈이 필요하지 않다.

추가된 안전 기능은 보완 비트와 PDO(프로세스 데이터 출력)이다. 일반 진공 또는 진공 파기 신호 외에 진공 또는 진공 파기를 활성화하려면 이 기능을 활성화해야 한다. 또한 프로그램의 나머지 부분이 완전히 실행되지 않았거나 통신하지 않는 경우, 위험 신호를 통해 ‘너무 빠른’ 진공을 방지할 수 있다. 예측 유지 보수를 실현하는 piCOMPACT 진공이젝터 시리즈는 시스템 성능에 영향을 미치는 광범위한 환경 조건을 모니터링하여 진공 시스템 자체뿐만 아니라 전체 자동화 시스템에 대해 높은 기계 가동 시간을 보장한다.