길이가 15.5m인 이 시스템은 서명지를 카운팅하고 개별 섹션으로 절단하는 FOURCUT 기계와 캘린더를 바인딩하는 WIRO 500으로 구성되어 있다. 사진: © Beckhoff
스위스 임멘제(Immensee)에 본사를 둔 Durrer Spezialmaschinen AG는 설계 단계부터 시운전 등에 이르기까지 다양한 특수 목적용 기계를 개발하는 회사이다. 포토캘린더 를 위한 새로운 생산 시스템은 포괄적인 모션 제어 전문 지식의 중요성을 한 눈에 알아볼 수 있게 해준다. 90개 이상의 동적 제어 축을 작동시키는 Beckhoff의 AM8000 서보 모터와 AX5000 서보 드라이브는 15.5m 길이의 시스템에 분포되어 두 개의 대형 제어 캐비닛에 들어 있다.
두 부분으로 구성된 FOURCUT/WIRO 500 시스템은 인쇄 라인과 포장 또는 물류 라인 사이의 처리 단계를 자동화한다. 이 단계들은 이전에는 수동으로 수행되는 경우가 많았다. 유연성이 뛰어나며 디지털 및 오프셋 인쇄 모두에서 다양한 용지 형식과 품질의 제품을 처리할 수 있다. 벽걸이 달력 외에도 탁상용 달력도 팔레트나 장합기에서 직접 제작 가능하다. 이는 높은 수준의 자동화를 통해 짧은 설치 및 교체 시간, 한두 명의 인원으로도 안정적인 시스템 운영, 시간당 1,600~1,800개의 높은 캘린더 생산량이 보장되기 때문에 가능한 일이다.
이 시스템에는 서명지를 개별 섹션으로 카운팅하고 절단하는 FOURCUT과 구멍을 뚫고 링으로 바인딩하거나 연속적인 포장 및 물류 단계를 위해 적재하고 분류하는 전자동 WIRO 500 처리 라인이 있다. WIRO 500은 포토 캘린더 조립용으로 특별히 설계되었다. 특히 개인 포토 캘린더와 홍보 및 경품 부문 모두에서 대량 생산, 맞춤형 소량 생산, 특수 제품 디자인에 대한 수요 증가에 대응하기 위해 개발되었다.
(왼쪽부터) FOURCUT 앞에 모인 프로젝트 참여자들: 기계 개발 책임자 Nicola Ritzmann, CTO Patrick Suter(두 명 모두 Durrer 직원), Beckhoff 스위스의 영업 책임자 Markus Wagner 사진: © Beckhoff
정교한 동작과 높은 품질
AX5000 서보 드라이브와 AM8000 서보 모터를 통해 구현된 총 93개의 축이 정교한 공정 순서를 담당한다. 이 시스템에는 또한 디지털 I/O를 통해 수집기를 통합하고 PROFINET을 통해 SCARA 로봇이 통합된다. 다양한 테스트 및 모니터링 기능이 있어 높은 수준의 품질이 보장된다. 예를 들면, 다양한 프레스에서 받은 인쇄 이미지의 편차를 보정한다. 이 모든 과정은 Beckhoff가 제공하는 PC 기반 제어 기술에 의해 자동화된다. Durrer의 최고 기술 관리자인 Patrick Suter에 따르면, 광범위하고 정교하게 확장할 수 있는 제품 포트폴리오는 맞춤형 기계 제작업체에게 특히 적합하다. “PC 기반 제어 기술은 로봇이나 QR 코드 리더기, 검사 카메라 등에 필수 타사 소프트웨어를 컴퓨터에 설치하는 데에도 적합합니다. 저희는 11년 동안 꾸준히 Beckhoff 드라이브 기술을 사용해 왔습니다. 그 이유는 Beckhoff 드라이브 기술이 통일되고 고도로 조정된 PLC, 모션 및 안전 시스템이라는 거싱 입증되었기 때문입니다.”
Durrer의 기계 개발 책임자인 Nicola Ritzmann은 다음과 같이 덧붙였다. “서보 드라이브와 서보 모터는 매우 안정적인데, 이러한 특성은 저희 기계에는 매우 중요합니다. 또한 지금까지 모든 축을 설정하고 모든 모션 어플리케이션을 구현할 수 있었습니다. 이는 시운전 중에 축 요구 사항이 변경되는 경우 조차도 마찬가지였습니다. 그리고 필요할 때는 언제든지 Beckhoff 스위스 지사 또는 Verl 본사의 전문가에게 지원을 요청할 수 있었다는 것은 너무나 당연했습니다. Beckhoff는 수많은 펑션 블록을 사용해 소프트웨어를 지속적으로 개발하기 때문에 구현하는 과정도 간소화됩니다. 예를 들면, 새로운 보드 선도를 사용해 마스터-슬레이브 네트워크에서 까다로운 축을 완벽하게 최적화할 수 있었습니다.” Beckhoff 드라이브 기술이 제공하는 원 케이블 기술(OCT)을 사용하면 케이블 배선이 적고 드래그 체인이 작기 때문에 전반적인 자재가 절감되고 조립 시간이 단축되어 실질적인 비용상의 이점을 누릴 수 있다.
수많은 AM8000 서보 모터에 의해 매우 역동적이고 정밀한 프로세스 시퀀스가 보장된다. 사진: © Beckhoff
초소형 산업용 통신 PC
Durrer는 모듈식 기계 제작 방식에 따라 EAP 프로토콜을 통해 서로 통신하는 여러 대의 Beckhoff 컴퓨터를 사용하여 FOURCUT/WIRO 500을 제어한다. Patrick Suter에 따르면 이 초소형 산업용 PC를 선정한 이유는 완벽하게 확장 가능한 컴퓨팅 성능, 콤팩트한 디자인, 다양한 통신 인터페이스를 갖추었기 때문이다. 이 PC에는 FOURCUT과 WIRO 500용으로 각각 C6030이 하나씩 있고, 옵션 전송 모듈과 상위 고객 시스템과의 OPC UA 통신용으로 각각 C6015가 하나씩 있다.
Patrick Suter는 PC 기반 제어와 관련된 통신 기술에 대한 자신의 경험을 다음과 같이 설명한다. “EtherCAT을 사용하면 토폴로지의 자유로움 덕분에 기계에 완벽하게 맞춤화된 간단한 필드버스 아키텍처를 만들 수 있습니다. 배선을 간소화하기 위해 신호의 98% 이상이 EP 시리즈인 EtherCAT 박스 모듈을 통해 기계에 직접 기록됩니다. FOURCUT의 경우 62개, WIRO 500의 경우 52개입니다. 이러한 이유 때문에 고성능의 견고한 필드버스가 반드시 필요합니다. EtherCAT을 광범위하게 사용하기 때문에 EtherCAT 지원 인코더와 같은 수많은 타사 구성 요소를 네트워크에 직접 통합할 수도 있습니다. 또한 EAP 프로토콜은 제어장치 간 통신을 위한 빠르고 간단하며 안정적인 솔루션이라는 것이 입증되었습니다.”
Patrick Suter는 통신의 또 다른 측면에 대해서도 다음과 같이 설명한다. “포괄적이고 신뢰할 수 있는 데이터 수집은 실제 예측 유지보수를 위한 기반입니다. 예를 들어, 결함을 신속하게 찾아 수정하고 데이터를 평가하여 다양한 결함이 기계 정지 기간에 미치는 영향을 평가할 수 있습니다. 이를 통해 프로세스 최적화를 위한 큰 잠재력을 얻을 수 있습니다.” 필수적인 안전 기능 역시 Safety over EtherCAT, EL6910 TwinSAFE Logic 및 기타 TwinSAFE 터미널이나 박스 모듈, 그리고 AX5805 TwinSAFE 드라이브 옵션 카드(SOS, SS1, SS2, SLS)를 통해 시스템에 통합된다.
AX5000 서보 드라이브는 원 케이블 기술(OCT)을 통해 설치 공간을 절약하는 이점을 제공하며, 특히 많은 모션 축을 가진 시스템에서 더욱 유용하다. 사진: © Beckhoff
범용 소프트웨어 솔루션 TwinCAT
산업용 PC와 마찬가지로 Beckhoff TwinCAT 소프트웨어 역시 시스템 자동화 시스템의 핵심 요소이다. Patrick Suter는 다음과 같이 설명한다. “모든 기계 시퀀스는 TwinCAT 3 PLC/NC PTP로 프로그래밍됩니다. 그리고 모션 펑션 블록에는 해당 기능의 동작을 설계할 수 있는 거의 무한대의 매우 간단한 옵션이 있습니다. 이에 대한 대표적인 예로는 마스터-슬레이브 조합, 오버라이드, 전자 기어링, NC 가이드 축을 CST 모드(토크 제어)로 전환하는 MC_TorqueControl, 상대적으로 중첩된 동작을 위한 MC_MoveSuperImposed 등이 있습니다. 저희는 NC 축을 PLC에 매우 쉽게 통합할 수 있다는 사실에 매우 깊은 감명을 받았습니다.” TwinCAT 3 HMI는 시스템의 편리한 작동을 보장한다.
Durrer는 EP 시리즈의 분산형 EtherCAT 박스 모듈을 사용하여 FOURCUT/WIRO 500에서 신호의 약 98%를 기록한다. 이를 통해 회사는 조립 공간을 효율적으로 사용하고, 시스템을 일관되게 모듈화하며 배선 작업을 최소화할 수 있다. 사진: © Beckhoff
Nicola Ritzmann은 PC 기반 제어의 기술적 성능 외에 다른 측면 역시 중요하다고 생각한다. “Beckhoff의 제어 및 드라이브 기술은 높은 품질을 보장합니다. 즉, 시스템 정지가 거의 발생하지 않습니다. 그리고 설령 시스템이 정지하더라도 Beckhoff 스위스 지사와 독일 Verl에 소재한 본사의 매우 빠르고 유능한 도움을 받을 수 있습니다. 이는 원활한 시스템 운영을 보장할 뿐만 아니라 프로젝트 엔지니어링 단계에서도 도움이 됩니다.” 최근 Durrer가 포괄적인 전문 지식을 바탕으로 다른 PC 기반 제어 사용자를 지원하는 Beckhoff 솔루션 공급업체로 선정되었다는 사실은 이러한 지원이 자주 필요하지 않다는 증거이다.
WIRO 500 제어 캐비닛의 초소형 산업용 PC: 중앙 제어 컴퓨터인 C6030 1대(위), 상위 고객 시스템에 대한 OPC UA 게이트웨이 및 옵션 전송 모듈용 컨트롤러인 C6015 2대(아래). 사진: © Beckhoff
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Beckhoff Automation Co., Ltd
www.beckhoff.com