철도 침목 그리퍼 제어 및 모니터링

SIEMENS

소형으로 설계된 Simatic S7-1200은 우수한 확장성 및 유연성으로 다양한 자동화 작업에 적합한 솔루션이다. 전기 전문가 겸 프로그래머인 Jurgen Schafer는 이 컨트롤러가 철도의 침목 그리퍼를 제어 및 모니터링하는 데에도 사용할 수 있다는 것을 믿어 의심하지 않았다.

독일 남부 알프도르프에 위치한 HSE Jurgen Schafer는 분류, 조립, 가공, 세척, 포장 또는 라벨링 공정 등 분야에 상관없이 최신 기계 및 장치용 유연한 하드웨어 및 소프트웨어를 제공하는 엔지니어링 분야에서 신뢰할 수 있는 창조적 파트너이다. 예를 들어, 에르트만하우젠에 주요 플랜트를 두고 있는 Probst Greiftechnik Verlegesysteme는 전 세계 건축 재료 처리 시스템 분야에서 가장 성공적인 공급업체로 수완이 풍부한 전기 전문가 겸 프로그래머와 함께 협력하기를 원한다.
공동 개발한 특수 솔루션 가운데 스레스홀드 그리퍼는 레일 방식의 장거리 및 지역 수송을 위한 콘크리트 침목을 생산하는 선도적인 제조업체가 시운전하는 제품이다.
폭 2.20 ~ 3.80m에 무게 80kg 이상인 철도 침목은 레일을 지지하고 레일 위치를 고정한다.
길이가 7m이고, 확장 시에는 9m에 달하는 Probst에서 만든 강철 판금 침목 그리퍼는 갠트리 크레인에 매달려 고객의 콘크리트 공장에서 사용되는데, 한 번에 약 25 ~ 30개의 철도 침목을 트럭 또는 화물차에 쌓고 운반한다. 또한 폭이 다른 5개 유형의 침목이 떨어지지 않도록 고정할 수 있어야 한다.

완전 자동 자가 모니터링
고객이 보유하고 있던 종전의 침목 그리퍼는 전적으로 크레인 운전자가 조작했고 열고 닫기만 가능했었다. 완전한 자동 방식인 이 새 그리퍼는 안전을 위해 이송뿐만 아니라 클램핑 유압 자체를 모니터링할 수 있어야 했다. 또한 기존 그리퍼와도 호환되어야 했고 종래의 유선 통신 시스템도 사용할 수 있어야 했다.
이것은 당시 안전 공학 등 모든 전자 제품과 프로그래밍을 담당했던 열정적인 발명가인 Schafer에게도 쉽지 않은 작업이었다. Schafer는 이렇게 강조한다. “모든 오류 사태를 인식하고 제어 시스템이 이러한 문제들을 쿼리할 수 있도록 만들어야 했습니다.”

TIA Portal에서의 콤팩트 제어 시스템 및 직관적 프로그래밍
그러한 작업을 수행하려면 접촉기 및 릴레이만으로는 충분치 않다는 것이 분명해졌다. “그러나, 당시에는 그리퍼에 직접 배치하는 데 필요한 제어 캐비닛을 넣을 수 있는 공간이 전혀 없었습니다. 이것은 CPU 1214C를 탑재한 Simatic S7-1200 콤팩트 컨트롤러와 Sitop 전원 공급장치, Sirius 스위치기어 및 지멘스 퓨즈가 결합된 3개의 입출력 모듈이 이 작업에 가장 적합했던 이유 중 하나에 불과합니다.”
Schafer는 전기 도매업체인 Emil Loffelhardt를 통해 모든 제품을 구매했는데, 이미 여러 프로젝트에서 Simatic S7-1200을 사용한 Schafer는 매우 만족했다. “합리적인 가격의 이 솔루션은 TIA Portal을 통해 직관적으로 사용할 수 있고 조작이 용이합니다. 어떤 교육도 필요하지 않고 설치 후 즉시 시작할 수 있었습니다.”
크레인 운전자가 타입 셀렉터 스위치에서 적절한 침목의 폭을 선택하면 신호는 종전처럼 와이어를 통해 제어 캐비닛으로 전송된다. Simatic S7-1200으로 제어되는 그리퍼는 그리핑이 가능할 때까지 자동으로 열린다. 크레인 운전자는 2개의 조이스틱을 사용하여 기계적으로 장치를 올바른 위치로 이동하고 시작 버튼을 눌러 ‘클램프’ 또는 ‘닫기’를 수행한다. 그리퍼는 프리셋 형식 및 유량, 그리고 유압 온도에 따라 Simatic S7-1200에서 모니터링하는 이동 및 압력 모두와 함께 완전 자동으로 침목을 집는다.
Schafer는 이렇게 말한다. “결국, 그리퍼는 리프팅 과정에서 침목이 떨어지지 않도록 하기 위해 그립을 완전히 고정해야 합니다.”

제한적인 그리퍼 공간에서도 소형 컨트롤러를 통해 소규모 제어 캐비닛을 유지할 수 있다. 엄청난 부하를 지닌 5개 유형의 침목용 그리퍼는 정교한 자체 모니터링을 통해 안전하게 유지된다.

시각적 장애 신호
5가지 종류의 침목에 대하여 각각 프로그래밍된 값에 도달할 경우 그리퍼의 제어 캐비닛에 녹색불이 켜지게 되고, 크레인 운전자는 자신이 지금 침목을 들어 올릴 수 있다는 사실을 인지하게 된다. 그리퍼 열림은 압력이 꺼지고 특정 이동이 완료될 때까지 Simatic S7-1200에서 제어 및 모니터링한다. 그런 다음 표시등은 빨간색으로 변한다. 
장애가 발생했거나 프로그래밍된 압력이 있거나, 수위 또는 온도 한계값 수준이 초과 또는 미달된 경우 시스템이 종료되고 제어 캐비닛의 표시등이 깜박이거나 주황색 이상 신호가 표시된다. 또한, Schafer는 패널 없이도 더 정확한 오류 진단을 할 수 있도록 컨트롤러의 다양한 자유 출력 형식에 대하여 설정된 한계 스위치를 배치했다.
이제 고객은 자동화된 침목 그리퍼를 성공적으로 사용할 수 있으며, Schafer는 비즈니스가 반복되기를 바랄 수 있다. Schafer가 Simatic S7-1200을 다시 사용하게 되리라는 사실은 말할 것도 없다. “물론, 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다. 이 독특한 어플리케이션에서는 특히 중요한 5가지 그리핑 프로세스에 대한 입출력 수가 충분했었습니다.”
Schafer는 어렵지 않게 그 밖의 장점에 대해서도 낱낱이 열거할 수 있다. “고객은 Simatic 컨트롤러에 익숙한 직원들이 어디서나 사용할 수 있도록 Simatic 컨트롤러를 배치했습니다. 언제 어디서나 예비 부품을 신속하게 확보할 수 있습니다. 이것은 유지보수와 관련된 가장 큰 장점입니다.
또한 이러한 장치는 열대기후 등 더 까다로운 환경 조건에서 사용해야 하는데, 엔지니어링 과정에서 아무것도 변경하지 않아도 되는 지멘스의 Siplus 제품을 사용하면 편리합니다.”