Beckhoff Korea, 국제포장기자재전(KOREA PACK 2022)에 참가해 포장라인 자동화를 위한 PC 기반 제어기술 홍보 - 스페셜리포트

국제포장기자재전 Beckhoff Korea 부스 전경 (사진 Beckhoff Korea )

Beckhoff Korea가 지난 6월 14일부터 17일까지 일산 KINTEX에서 개최된 ‘국제포장기자재전(KOREA PACK 2022)’에 참가해, 자사의 산업용 PC와 I/O, Motion, Automation 제품군을 선보이면서, 포장산업에 적합한 자사의 PC 기반 제어기술을 적극 홍보했다.

이번 전시회의 하이라이트는, 단순한 대량 생산에서 다품종 소량 생산으로 생산설비가 변화하면서, 기존 물류시스템의 한계를 뛰어넘을 수 있는 기술이 요구되고 있는 현재의 트렌드에 대응하는 지능형 이송시스템 ‘XTS’ 와 ‘XPlanar’이다.

Beckhoff에는 크게 산업용 PC, I/O, Motion, Automation의 4가지 제품군이 있다.

Beckhoff Korea 이명복 이사는 “Beckhoff의 개방적이고 보편적인 제어 기술은 높은 구현 비용 없이도 기계 제조사들이 새로운 기능을 통합하고, 기계가 다양하고 매일 변화하는 수요에 맞출 수 있도록 도와준다. 예를 들면, PLCopen 및 OMAC-PackSoft 컴포넌트, Visual Studio, Matlab/Simulink 또는 C/C++의 사용뿐만 아니라, 상황 모니터링 및 로봇공학의 통합을 포함한다.”라고 설명하면서, “Beckhoff의 개방성에 대한 또 다른 중요한 장점은, ERP 수준에서 수직적으로든 아니면 다른 제어 시스템에서 수평적으로든, 개방형 인터페이스나 게이트웨이를 통해서 최종 사용자의 생산환경에 대한 포장 기계의 간단한 통합이다.”라고 강조했다.

1. EtherCAT Plug-in modules EJ 터미널

Beckhoff의 Plug-in modules의 EJ 터미널은 어플리케이션에 부합하는 커넥터 수준에서 결선 절차가 현저하게 줄어든다. 예를 들어, 조립된 케이블과 코드화된 커넥터를 사용할 수 있게 된다는 것이다. 이를 통해 생산절차는 최대한 가속화되고, 결선 에러의 위험이 최소화되어 작업시간과 비용이 줄어들게 된다. 뿐만 아니라, 전 세계적으로 다른 위치에서 장비를 생산한다고 가정한다면, 개별 결선에 있어 전문적인 지식이 없더라도 자동화되고 코드화된 커넥터를 이용함으로써, 작업자로 인해 발생할 수 있는 결선 에러가 사라져, 예상하지 못한 위험과 에러가 최소화된 생산을 가능하게 한다.

이 이사는 “일반적으로 PCB를 쓰는 회사들은 소규모 회사들이다. 표준화되어 있지 않기 때문에 개발업체마다 다 다르다. 그러나 Beckhoff I/O를 사용하게 되면, I/O 자체는 표준화된 제품을 사용할 수 있다. 그러면서 케이블 커넥션에 유연함을 가지는 PCB를 합친 것이다. 이 제품은 한 반도체 회사에서 상용적인 IO를 분리하고 케이블의 커넥션을 유연하게 할 수 있는 PCB와 엮어보자라고 아이디어를 내서 만들어진 제품이다.”라고 설명했다.

EJ 터미널 (사진 무인화기술)

2. Print Mark Detection using XFC

XFC(eXtreme Fast Control Technology) 기술은 100us보다 짧은 입출력 응답속도로 초고속 PC 기반 제어를 가능하게 한다. Beckhoff의 XFC 기술은 매우 정밀한 공정제어를 가능하게 하며, 이는 포장 어플리케이션에서 원료의 사용을 최소화할 수 있는 이점을 제공한다.

높은 유연성에 대한 요구를 고려하면, 소프트웨어 기반 제어 기술로서 PC 제어는 하드웨어 집약적인 솔루션과 비교했을 때, 요구되는 제품이나 포장 변경을 아주 단순화시킨다. EtherCAT 및 특히 XFC는 포장산업에서 요구되는 속도 및 정밀성의 관점에서 큰 이점을 제공한다.

XFC는 현대의 산업용 PC, EtherCAT 프로토콜, 초고속 EtherCAT 터미널 및 TwinCAT 자동화 소프트웨어로 구성된 최적화된 제어 및 통신 구조에 기반한다. 완벽히 통합되고 포괄적인 이 시스템은 100us 이하의 I/O 응답시간을 가능하게 해주며, 따라서 새로운 공정 최적화의 가능성을 열어 준다. EtherCAT 및 정밀 고속 제어 기술은 기존 기술보다 포장이 더 정확하고 더 적은 원료로 생산되도록 해준다. 게다가, 포장되는 제품의 최소 필링(filling) 수준은 더 정확하고 반복적으로 충족될 수 있다. 최종 고객들에게는 큰 이점을, 그리고 기계 제조사에게는 더 나은 매출을 제공하면서, 특히 고용량 포장제품에서 비용을 크게 절약시켜준다.

Print Mark Detection는 마크를 측정해서 측정될 때 라이트를 켜는 건데, 측정된 걸 PC에서 확인하고, 확인된 시그널을 가지고 출력을 한다. 측정하고 프로세싱해서 출력되는 것이 XFC를 쓰면 메인 PC에서 100us 이내에 가능하다.

이 이사는 “지금 데모를 보면 마크 위치가 동일한데, 이건 동기성을 갖는다는 의미다. 만약에 타이밍을 놓치면 보이는 위치가 위아래로 흔들리게 된다. 타이밍하는 거하고 라이팅하는 게 동기가 안 맞으면 위치가 달라진다. 센싱하고 프로세싱하고 출력내는 게 100us 이내에 이루어진다는 것이 이 기술의 핵심이다. 그걸 눈으로 보여주는 데모다.”라고 설명했다.

Print Mark Detection using XFC (사진 무인화기술)

3. XTS(extension Transfer System) 및 혁신적인 NCT(No Cable Technology)가 적용된 XTS 이송 시스템

지능형 이송시스템 XTS (사진 무인화기술)

XTS의 가장 큰 장점은 기구적인 조립에서 벗어나 소프트웨어적인 엔지니어링으로 생산 제품의 종류를 마음껏 변경시킬 수 있다는 것이다. 또한, XTS는 이송을 목적으로 하지만, XTS의 경로상에 특정 공정들도 포함이 된다. 이송을 하면서 비전으로 검사를 한다든가 또는 로봇 시스템과 협업하는 것이 그 예로, 이송과 공정을 함께 진행하게 되면 공간도 절감되고, 생산성도 향상된다. 즉, XTS는 포장 업체뿐만 아니라, 반도체 및 IT 분야에서 소량 다품종 생산품을 이송하는 어플리케이션과 비전과 로봇 및 검사공정을 결합해 설비의 공간을 최소화함과 동시에, 생산성을 향상시키는 장점이 있다. 특히, 비전을 활용한 검사공정의 경우 제품의 이송 중에 공정이 이루어지는데, 이때 위치 및 속도 정밀성이 시스템의 성능을 좌우하게 된다. XTS는 200mm/s에서 ±0.15mm의 정밀성을 보증하고 있어, 이러한 정밀 공정에 매우 적합한 시스템이다.

특히, 최근 모듈형 XTS 시스템에는 NCT(No Cable Technology)와 함께 특수 모터 모듈 및 무버에 장착 가능한 전자장치가 탑재됐다. 이송 기술에 필요한 하드웨어는 모터 모듈에 완전히 통합되어 있기 때문에, 본래의 기능은 그대로 유지된다. 또한, 추가 연결 또는 공급라인이 필요하지 않아 매우 콤팩트하다. TwinCAT을 통해 무버의 하드웨어 제어가 구현되며, 프로젝트 구현에 모든 TwinCAT 기능들을 사용할 수 있다.

새로운 NCT를 통해 XTS 무버는 모바일 핸들링 또는 처리 스테이션이 될 수 있다. 결과적으로, XTS를 매우 유연한 다중 로봇 시스템으로 확장할 수 있다.

NCT(No Cable Technology)가 적용된 XTS 이송 시스템

이 이사는 “NCT는 밑에서 접촉없이 전력과 통신을 공급한다. 무버 위에다 액추에이터 같은 걸 달아서, 이 액추에이터에서 뭔가 일을 할 수 있다. NCT에 대해 지금 엄청나게 문의가 들어오고 있다. 기존에 XTS를 알고 있던 사람들이 NCT를 보고 이제 XTS를 쓸 때가 됐다고 판단을 하고 있다. 무버 위에 전력을 공급하는 스텝모터를 단다고 생각해 보라. 기존에는 슬립링을 달아도 필요 없고. 전력 공급하고, 케이블 공급하고, 통신 공급하고 했어야 됐다. 그런데 이건 그런 번거로움이 없다. NCT는 XTS를 위한 기술이다. NCT는 LMS가 됐든 뭐가 됐든, 리니어 모터 이송 시스템에서는 정말 필요한 기술이다. 이게 나오면서 그동안 XTS 검토를 주저했던 사람들이 많이 검토를 하고 있다.”라고 피력했다.

4. 포장설비를 위한 소형 임베디드 PC

CX7000은 소형 제어기가 필요한 포장분야에 적합한 임베디드 PC다. 이 이사는 “소형장비들이 많은 포장업계에는 이 CX7000이 적합하다. 저렴하게 하면 20~30만 원밖에 안 든다. TwinCAT을 달 수만 있으면 정말 저렴하면서 효율적으로 쓸 수 있다. 이걸로 웬만한 작은 패키징 설비 제어는 모두 가능하다.”라고 말했다.

임베디드 PC CX7000시리즈 (사진 무인화기술)

산업용 PC 제품군 (사진 무인화기술)

<인터뷰>

“XTS와 XPlanar는 물류시스템의 한계를 뛰어넘을 수 있는 지능형 이송시스템”

Beckhoff 본사 Area Sales Manager, Joshua Alexander Rusdy(왼쪽) · Beckhoff Korea 유기석 지사장(오른쪽) (사진 무인화기술)

Q. 라벨링 및 맞춤형 제어, 제품 품질 제어, 핸들링, 팔레타이징, 이차 포장, 팔레트 제어, 팔레트 코딩 및 추적과 같은 포장 프로세스에서 Beckhoff가 담당하는 역할은 무엇인가?

A. (Joshua) Beckhoff Automation은 포장 공정의 모든 영역에서 장비업체에게 제어 및 모션 기술을 제공한다. 당사의 광범위한 제품 포트폴리오는, 고객이 하나의 자동화 브랜드를 모든 기계 유형에 적용해도 무리가 없도록 지원한다. 이와 동시에, EtherCAT 기술의 개방성 및 대부분의 통신 프로토콜과의 결합 가능성은 고객이 원하는 모든 유연성을 제공한다.

Q. 이들 프로세스의 통합 관리에 Beckhoff가 담당하는 역할은 무엇인가?

A. (Joshua) 당사의 기술은 XTS 또는 XPlanar와 같은 혁신적인 이송 시스템을 통해, 여러 프로세스를 하나의 포장라인으로 결합하는 데 널리 사용된다. 이를 통해 고객은 시스템의 효율성을 높이는 동시에 설치공간을 줄일 수 있다. 생산 공장의 공간이 제한되어 있기 때문에, 이것은 장비에 있어서 점점 더 중요한 셀링 포인트가 된다.

또한 당사는 독일에 본사를 둔 글로벌 패키지팀뿐만 아니라, 현지 자회사의 일부로서 포장 전문가로 구성된 대규모 팀을 보유하고 있다. 전 세계 40개국에 지사, 75개국에 지사 및 대리점을 두고 있으며, 우리는 장비 업체 및 전 세계 최종 사용자 모두와 친밀한 관계를 맺고 있다. 따라서 빠른 대응이 가능하다.

Q. 전통적인 PLC에 비해 Beckhoff의 PC 기반 제어 시스템은 포장 분야의 고객에게 어떤 이점을 제공할 수 있나?

A. (Joshua) 1986년 Beckhoff에 의해 PC 기반 제어가 처음 소개되었을 때, 많은 사람들은 전통적인 PLC와 결코 경쟁할 수 없다고 말하며 비웃었다. 그러나 PC 기반 제어는 상당한 장점도 있다는 것이 시대적으로 입증되었다. 산업용 PC에 사용되는 부품들이 매우 널리 사용되고 있기 때문에, 연구와 생산에 많은 투자가 이루어지고 있다. 즉, PC 기반 제어를 사용할 때 항상 경쟁력 있는 비용으로 최첨단 컴퓨팅 성능을 이용할 수 있다. 특히 최근 전반적인 인더스트리 4.0의 추세와 연결성을 고려할 때 장점은 더욱 명확해진다. 산업용 PC에는 이미 MES, 인접 컴퓨터 또는 클라우드에 연결하는 데 필요한 모든 인터페이스가 있다. 제어 소프트웨어 TwinCAT은 이미 연결된 공장에 필요한 모든 기능을 포함하고 있다.

Q. 포장 산업에서 XTS와 XPlanar가 갖는 이점은 무엇인가?

A. (Joshua) Beckhoff는 XTS 리니어 이송 시스템을 통해 완전히 통합된 모터 모듈의 이동 경로를 따라 자기 구동식 이동 장치가 이동하는 검증된 드라이브 솔루션을 제공한다. TwinCAT 자동화 소프트웨어가 탑재된 Industrial PC는 개별 모션 프로파일로 무버를 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서 많은 시스템 관련 이점이 있다. 우선, XTS 모터 모듈에 전원장치 및 변위 측정 기능이 포함되어 있고 무버가 완전히 수동적이기 때문에 이송 시스템은 조립 후 즉시 작동 준비가 된다. 모터 모듈의 서로 다른 기하학적 구조로 인해 열린 이동 경로와 닫힌 이동 경로를 모두 생성할 수 있으며, 개별 트랙 레이아웃으로 장비 설치 공간을 줄일 수 있다. XTS는 기존의 컨베이어 벨트를 대체할 뿐만 아니라, 장비의 혁신적인 설계를 가능하게 한다. 유연한 모션 프로파일을 통해 단순하고 매우 복잡한 공정을 구현할 수 있으며, 전체 제조 공정을 최적화할 수 있다.

또, 평면 모터 시스템 XPlanar는 기존 이송 기술의 장점을 자기 부상과 결합한다. 자기부상식 2D 제품 이송을 통해 장비 내, 혹은 여러 장비 간에 제품을 다룰 수 있도록 다양하고 새로운 옵션을 가능하게 한다.

자동 유도 차량 시스템과 유사하게, 사용자는 이송 장치의 자유로운 이동을 통해 여러 가지 이점을 누릴 수 있다. 이점 가운데 첫 번째는, 개별 물건은 경로와 관계없이 어느 지역으로든 이송될 수 있다는 것이다. XPlanar는 이러한 유연성을 기존 리니어 모터의 역학과 결합하고, 개별 생산 단계의 사이클 타임 최적화를 통해 부가가치를 제공한다. 또한, XPlanar는 로봇 공학에서 익숙한 자유도와 정확성을 6D 제품 취급에 사용할 수 있기 때문에, 개별 생산 단계를 상당히 간소화한다. 가공 중인 제품의 포지셔닝은 이송 시스템에 적용된다. 부유 방식은 모든 기계적 가이드 구성 요소를 대체하고, 세척 및 유지 관리 비용을 대폭 절감한다.

Q. Beckhoff의 최근 포장 분야 비즈니스 성과는 어떠한가?

A. (Joshua) Beckhoff는 1980년 회사가 설립된 이후 꾸준한 성장을 경험했다. 2000년 이후 연평균 15% 이상의 매출액 성장은 Beckhoff가 지난해 10억 유로에 도달했다는 것을 의미한다. 이 모든 세월 동안, 포장산업은 Beckhoff에게 매우 중요했지만, XTS 또는 XPlanar 평면 이송 시스템과 같은 혁신은 포장 산업에 큰 변화를 주었다. 속도, 효율성 및 유연성이 매우 중요한 산업에서는 장비 업체와 최종 사용자 모두가 장비를 한 단계 위로 끌어올리기 위한 혁신적인 아이디어를 찾는 경우가 많다. 많은 사람들에게 Beckhoff는 Beckhoff 혁신의 역사, 지속적인 성장과 안정성 덕분에 미래를 대비한 파트너임을 입증했다.

이러한 추세에 대한 가장 두드러진 예 중 하나는 세계에서 가장 큰 식음료 업체 중 하나인 Mondelez라는 회사다. 올해 초, Beckhoff는 우수 공급업체의 최종 명단에 공식적으로 추가되었으며, 이는 회사의 큰 이정표가 되었다.

Q. 한국의 포장 및 물류시장에 대한 수요전망은 어떻게 하나?(이 부분부터는 Beckhoff Korea 백경현 대리가 답변)

A. (백경현) 포장, 물류산업과 연관성이 높은 식품 분야에서는 코로나19 영향에 따른 감염과 확산 우려로 인해 대형할인점, 편의점, 식품 소매점 등 오프라인 유통채널 이용은 감소했을 것으로 생각되나, 오히려 집안 내 활동 증가로 코로나19 이전보다 소비재 구매가 늘어났다.

가정 중심의 생활이 일반화되면서 간편하게 조리할 수 있고 편리성을 갖춘 면류, 냉동식품류, HMR(Home Meal Replacement/가정간편식) 등 저장식품류와 가정 내 요리의 증가로 조미료나 쌀, 밀가루 등 주식류의 구매가 증가했을 것이며, 가정 내 쾌적한 환경을 위해 각종 클리너나 세정제, 비축형 비식품 제품인 휴지 등 제지류, 생수나 음료수의 구매 역시 증가했을 것으로 예상된다. 국내 제약 분야는 감염을 억제하기 위한 마스크, 손 세정제, 면역력 향상을 위한 각종 의약품 등의 수요가 높아지면서 의료 및 제약시장의 포장 관련하여 성장세를 보였다. 이러한 요인의 소비재 구매 증가 및 변화로 인한 포장, 물류 시장은 과거와는 변화된 포장산업의 형태의 수요가 있을 것으로 예상되는데, 앞으로는 포장 장비가 고품질을 유지하면서 수요 기업에 맞춘 최적화된 제품으로 고부가가치 제품을 생산하는 방향으로 수요가 많을 것이라고 생각한다. 이처럼 최종 소비자의 구매패턴, 환경적인 요인의 변화와 인더스트리4.0, 스마트 팩토리 확산 등의 영향으로 자동화 수요도 변화할 것이며, 이는 인건비 및 생산비용을 절감하는 효과, 그리고 보다 빠른 속도의 포장으로 효율성을 높일 수 있는 포장 산업의 수요로 변화할 것이라고 생각된다.

Q. 한국의 포장 및 물류산업을 강화하기 위한 전략은 무엇인가?

A. (백경현) Beckhoff는 포장산업 분야에 적용할 수 있는 많은 제품과 기술을 가지고 있는 기업이다.

Beckhoff의 제품군은 크게 4가지 파트로 분류할 수 있는데, 산업용 PC, I/O, Motion, Automation이 그것이다. 이외에 단순한 대량 생산에서 다품종 소량 생산으로 생산설비가 변화하면서, 물류시스템의 한계를 뛰어넘을 수 있는 지능형 이송시스템인 XTS와 XPlanar가 있다.

산업용 PC는 IPC, EPC로 구분되며, IPC는 Panel PC, Control Panel, Control Cabinet PC로 세분화된다. 이러한 하드웨어에 TwinCAT 자동화 소프트웨어를 운영하면, 포장산업 현장에서 사용되는 제어기, PLC로서 기능을 하게 된다. Beckhoff 제어기의 특징으로는 다양한 제품 형태를 제공하면서, 단일 제어 소프트웨어 환경에서 OS, CPU 타입과 관계없이 프로그래밍과 엔지니어링을 할 수 있다는 점이다. 뛰어난 제품과 기술을 가지고 있음에도, 아직 국내 포장관련 시장에서 Beckhoff를 알지 못하는 업체가 많다. 따라서 Beckhoff의 제품 및 기술을 포장산업 시장에 널리 알리도록 마케팅 및 영업을 강화할 예정이다.

Q. 포장 및 물류와 관련해 새롭게 출시될 기술이나 제품이 있으면 소개를 부탁한다.

A. (Joshua) 이미 언급했듯이, Beckhoff는 PC 기반 제어, EtherCAT 또는 XTS와 같은 자동화 시장에 혁명을 일으킨 혁신적인 아이디어와 제품을 가지고 있다. 이 목록에 가장 최근에 추가된 것은 몇 주 전 하노버메세에서 세계적으로 처음 선보인 ‘MX-System’이다.

기계 및 시스템 엔지니어링 최초로 MX-System은 캐비닛이 필요 없는 자동화 솔루션을 완전히 제어할 수 있다. Beckhoff의 전문성을 일관되게 결합, 적용 및 더욱 발전시킴으로써, 전체론적이고 모듈화된 플러그형 시스템이 만들어졌다. 모듈식 구성 키트의 결과로 MX-System 베이스 플레이트와 MX-System 기능 모듈의 조합은 제어 캐비닛의 모든 작업 및 기능을 결합한다. 에너지 공급, 퓨즈 보호 및 분배, 보조 전압의 생성 및 모니터링, 입력 및 출력을 통한 시퀀스 제어, 모터와 액추에이터의 제어 및 현장 장치의 연결 수준. 모든 기계 기능의 완전한 시스템 통합은 자유롭게 선택할 수 있는 IPC, 커플러, I/O, 모션, 릴레이 및 시스템 모듈을 통해 달성되며, 이 모듈은 특정 용도에 맞게 구성 및 결합될 수 있다.

전체적으로 조정된 모듈의 일관된 시스템 접근 방식은 계획, 조립, 기계 설치 및 유지보수에 필요한 노력을 크게 줄인다. 동일한 요구사항을 구현하기 위해 전통적인 제어 캐비닛 구조에서보다 훨씬 적은 수의 구성 요소가 필요하기 때문에, 전체 MX-System은 이전 솔루션보다 훨씬 더 콤팩트하다. 시스템 설치 공간이 줄어들고 시스템 가용성과 유연성도 향상된다. 제어 시스템의 각 수명 주기 단계에서 MX-System은 기존의 제어 캐비닛에 비해 상당한 이점을 제공한다.