안전 기능 매크로의 객체와 같은 계층적 모듈식 구조, 작동 중에도 완전한 매개변수화 가능성, 내장된 핫플러그 기능 및 로봇 작업 공간 모니터링을 위한 광범위한 기능을 통해 Sigmatek (시그마테크 )는기계 및 플랜트 개발자를 지원한다. 최대의 유연성과 타협할 수 없는 안전성 사이의 균형을 맞추는 동시에 개발 비용을 절감하는 엔지니어링이다. 작성자: Ing. x-technik 피터 켐트너(Peter Kemptner)

 

 

빠르게 변화하는 시대에 고객의 요구와 제품 수요는 빠르고 자주 변한다. 이는 생산 및 포장 기계에 대한 요구 사항도 빠르고 크게 변경될 수 있음을 의미한다. 이러한 요구 사항을 충족하고 제품 제조업체에 충분한 투자 보호를 제공하기 위해 기계 및 시스템 제조업체는 점점 더 모듈 기반으로 제품을 설계하고 있다. 표준화와 다양한 변형의 결합을 통해서만 기계와 시스템을 짧은 시간 내에 높은 효율성과 개별화로 개발할 수 있다.

 

지속적인 문제인 기능적 안전성

 

기계와 시스템이 사람과 기계를 보호하기에 충분한 기능적 안전성을 갖고 있다는 것은 당연한 일이다. 고전적인 릴레이 기술을 사용하여 하드 와이어링 되었지만 안전 회로는 매우 견고한 구조다. 엄격한 안전 개념을 위해서는 이미 프로그램 생성 단계에서 시스템 토폴로지에 대한 정확한 정의가 필요하다. 이로 인해 기계의 모듈식 설계가 더욱 어려워지고 기계 구성의 동적 변경이 불가능해졌다. 이미 2007년에 Sigmatek은 프로그래밍 가능한 안전 시스템을 시장에 출시한 최초의 산업 제어 및 자동화 시스템 제조업체 중 하나였다. 이는 이더넷 기반 시스템 버스의 블랙 채널을 통해 안전 입력 및 출력 모듈을 사용하여 안전 관련 센서의 신호를 안전 CPU로 전송합니다. 전송은 예를 들어 WLAN을 통해 무선으로 이루어질 수도 있다. 안전 회로의 배선은 안전 컨트롤러의 프로그래밍으로 대체되었다. 이는 편안한 LASAL SafetyDesigner 개발 환경의 그래픽 사용자 인터페이스 구성을 통해 수행되므로 심층적인 프로그래밍 지식이 필요하지 않다.

 

매크로 기술을 통한 가속화

 

안전 개발은 인증된 기능 블록(FUB)을 기반으로 LASAL SafetyDesigner에서 수행된다. LASAL의 FUB 라이브러리에는 이러한 PLCopen 기반 블록이 50개 이상 포함되어 있다. 25년 동안 애플리케이션 측면에서 Sigmatek 컨트롤러를 특성화해 온 객체 지향 프로그래밍의 예에 따라 Sigmatek은 고객별 매크로 라이브러리의 가능성을 만들었다. Sigmatek의 LASAL 안전 매크로의 특별한 특징은 다중 레벨 계층 구조로 구성될 수 있다는 것이다. 각 매크로는 자체적으로 캡슐화되어 있으며 자체 CRC 검사 값이 있으므로 독립적으로 테스트할 수 있다. 이를 통해 인증 획득을 위한 전반적인 테스트에 필요한 시간과 노력이 크게 줄어든다.

Sigmatek의 응용 기술 책임자인 대학원 엔지니어인 Andreas Rauhofer는 “상속 및 인스턴스화를 통한 객체 지향 프로그래밍이 안전 프로그래밍에서 허용되지 않더라도 기계 제작자는 이를 사용하여 개발 시간을 대폭 줄일 수 있습니다. 게다가 LASAL을 사용하면 수년 동안 여러 안전 컨트롤러를 사용하여 안전 애플리케이션을 만들 수 있었습니다”라고 말한다.

 

엔지니어링 터보로서의 매개변수 목록

 

LASAL SafetyDesigner는 안전 관련 애플리케이션 개발자에게 완전히 매개변수화 가능하고 매우 유연하게 설계할 수 있는 가능성을 제공한다. 따라서 모든 장비 변형에 적용되는 수많은 옵션이 있는 기계 또는 시스템에 대해 단 하나의 안전 애플리케이션을 생성하는 것으로 충분하다.

 

여러 입력 신호를 서로 연관하여 평가하고 해당 출력 신호를 생성하는 맞춤형 안전 매크로의 예이다. 그런 다음 이러한 매크로는 안전 애플리케이션에서 필요할 때마다 사용할 수 있다.

 

 

고객별 정해진 기계에 대한 매개변수화는 매개변수 목록을 통해 수행됩니다. 애플리케이션 자체와 마찬가지로 매개변수 목록도 보호됩니다. 애플리케이션의 안전을 보장하기 위해 다양한 장비 변형을 설정하기 위해 목록을 전송할 때 비밀번호로 보호되는 메커니즘이 사용됩니다.

 

대규모 안전 애플리케이션 생성을 위해 매개변수 목록만 사용하면 변형이 많은 기계에 대한 개발 노력이 크게 줄어든다. 또한 ‘회색’ 제어 시스템과의 방해 없는 데이터 교환을 통해 테트 시퀀스의 자동화가 가능하다. 시간 절약 효과는 엄청나다. 특히 안전 프로그램에 10,000개의 FUB가 있을 수 있는 대형 모듈식 기계의 경우 더욱 그렇다.

 

LASAL SafetyDesigner 라이브러리에는 안전 관련 애플리케이션 생성을 단순화하는 다양한 인증 기능 블록이 포함되어 있다. 논리, 타이머, 트리거 및 숫자 외에도 충돌 감지, 안전 영역, 램프 모니터 또는 선택적 비밀번호와 같은 매우 복잡한 기능도 있다.

 

 

Sigmatek의 안전 핫 스왑 기능을 사용하면 비상 정지 기능이 있는 기계 모듈을 시스템에 유연하게 통합하고 기계 네트워크 내 어느 곳이든 연결을 끊고 연결할 수 있다.

 

 

동적 시스템 개념을 위한 안전

 

매개변수 목록 구성 가능 안전의 가장 흥미롭고 특별한 특징은 다양한 변형을 빠르고 쉽게 생산하는 것이 프로그램 작동 중에도 가능하다는 점이다. 이 방법을 사용하면 매개변수 목록을 교체하여 작동 시간 동안 안전 컨트롤러의 매개변수화를 변경할 수 있다. 이는 기계와 시스템이 이전보다 훨씬 더 유연하게 작동될 수 있음을 의미한다. “작동 중 매개변수 목록 교환을 통해 이전의 엄격한 안전 개념이 실패했던 시나리오가 가능해졌습니다”라고 Andreas Rauhofer는 확인했다. “이는 기계의 나머지 부분에 대한 접근성을 향상시키기 위해 현재 필요하지 않은 기계 모듈 주변의 보호 메커니즘 모니터링을 중단할 수 있음을 의미합니다.”

이것이 전체 작동 방식이다. Sigmatek에서 만든 DLL(동적 링크 라이브러리) 덕분에 기계 컨트롤러 또는 엣지 장치의 안전하지 않은 애플리케이션이 안전한 연결을 통해 새 매개변수 목록을 전송할 수 있다. 필요한 안전을 보장하려면 데이터 교환 시 기계 담당자의 수동 승인이 필요하다.

 

SCP 211 안전 CPU는 빠른 처리 속도와 광범위한 메모리로 확신을 준다.

 

 

더 많은 유연성을 보장

 

안전 애플리케이션의 구성을 동적으로 변경할 수 있는 가능성은 한동안 사용 가능했던 핫스왑 기능을 완성한다. 이는 작동 중에 안전 애플리케이션에 개별 기계 모듈을 켜거나 끌 수 있는 가능성을 제공한다. 이를 통해 자체 안전 CPU가 있는 기계 부품을 유연하게 추가, 제거 또는 재그룹화할 수 있다. 이 경우에도 사용자는 질서 있고 안전한 작동을 보장하기 위해 기계 부품을 등록하고 제거하는 적극적인 조치를 취해야 한다. 먼저 로그오프하지 않고 장치가 중앙 안전 컨트롤러에서 분리되면 구성 가능한 감시 시간이 경과한 후 연결된 모든 기계 모듈에 대한 비상 정지가 트리거된다.

 

S-DIAS 안전을 위한 새로운 기능

 

모니터링할 센서의 수는 자동화, 특히 안전 관련 영역에서 빠르게 증가하고 있다. 이것이 바로 Sigmatek이 더욱 강력한 안전 CPU인 SCP 211을 개발한 이유다. 이 장치는 기존 SCP 111의 처리 속도보다 4배나 빠르다. 1MB 플래시와 500kB SRAM을 갖춘 25mm 폭의 DIN 레일 모듈은 더 많은 메모리를 제공한다.

소프트웨어 측면에서 안전 CPU에는 안전 애플리케이션의 생성 및 처리를 단순화하는 수많은 새로운 기능이 있다. 매개변수 목록을 다시 로드하는 것 외에도 여기에는 배열뿐만 아니라 목록 형식의 플래그 변수 및 상수 생성도 포함된다. 예를 들어 특성 곡선을 저장하거나 매개변수 목록을 통한 동적 입력 매핑에 사용할 수 있다. 데이터 유형 변환, 보간 및 배열 처리를 위한 새로운 안전 기능 블록과 함께 단 하나의 안전 애플리케이션으로 다양한 변형을 더 쉽게 구현할 수 있다. 또한 마이크로 SD 카드를 사용하여 안전 프로그램을 여러 기계에 로드할 수 있다. 안전 CPU에 통합된 확인 버튼은 필요한 안전을 보장한다.

 

 

Sigmatek의 DIAS Drive 2000 시리즈 소형 드라이브는 높은 전력 밀도와 유연성은 물론 안전 관련 위반에 신속하게 대응할 수 있는 능력도 제공한다. 또한 점점 더 다양해지고 있는 TÜV인증통합안전기능 을 갖추고 있다.

 

드라이브의 폭발적 기능

 

sigmatek의 DIAS 2000 시리즈 서보 드라이브는 매우 컴팩트한 하우징에서 서보 모터를 제어하기 위한 높은 전력 밀도와 유연성을 제공한다. 1~3개의 축 외에도 회로 공급 장치, 전원 필터, 제동 저항 및 DC 링크를 크기 1의 경우 75x240x219mm, 크기 2의 경우 150x240x219mm에 통합한다. 62.5μs의 매우 짧은 컨트롤러 사이클 시간은 DIAS 드라이브에 탁월한 서보 기능과 안전 관련 보호 위반에 신속하게 대응할 수 있는 능력을 제공한다.

이러한 반응은 안정적이고 신속하게 수행되어야 하며 가급적이면 드라이브에서 직접 수행해야 한다. MDD 2000 드라이브에는 이전에 SIL 3, PL e, Cat. 4 인증을 받은 통합 안전 기능이 탑재되어 있었다. 안전 토크 차단(STO), 안전 정지 1(SS1), 안전 작동 정지(SOS), 안전 브레이크 제어(SBC) 또는 안전 제한 속도(SLS)와 같은 TÜV의 4. 현재 확장에 따라 이제 11가지 추가 안전 기능이 표준으로 포함된다. 여기에는 안전 속도 모니터(SSM), 안전 최대 속도(SMS), 가속 기능 안전 최대 가속(SMA) 및 안전 제한 가속(SLA), 위치 기능 안전 제한 위치(SLP), 안전 위치(SP), SLI(Safely Limited Increment), SCA(Safe CAM) 및 SDI(Safe Direction)가 있다.

 

로봇 길들이기

 

로봇은 생산 과정에서 점점 더 많은 작업을 수행하고 인간과 점점 더 긴밀하게 협력하고 있다. 이들의 안전한 작업 환경을 보장하려면 로봇의 작업 공간을 안전하게 모니터링해야 한다. 이를 위해 Sigmatek은 세 가지 새로운 기능 블록을 만들었다.

 

‘Denavit-Hartenberg(DH) 변환’, ‘충돌 감지’ 및 ‘안전 영역. 이는 LASAL SafetyDesigner에서 사용할 수 있으며 적절한 매개변수를 설정하여 프로젝트에서 쉽게 사용할 수 있다.

각 로봇 축에 대해 한 번씩 사용되는 DH 변환 모듈은 다축 이동에도 불구하고 로봇을 안정적으로 모니터링할 수 있도록 로봇의 TCP(도구 중심점)를 정의한다. 안전 영역 및 충돌 감지 덕분에 로봇의 TCP와 정의된 작업 공간 내 다른 물체 간의 충돌을 조기에 감지하여 방지한다. 모듈은 현재 TCP 위치 전체의 포락구를 정의된 작업 공간 제한과 비교하여 충돌을 감지한다.

 

다양한 작업 공간을 연결하여 복잡한 작업 공간을 만들 수 있으며, 개별 포위 구체를 사용하여 로봇 관절을 독립적으로 모니터링할 수 있다. 이는 또한 장애물을 안전하면서도 가까운 곳에서 주행하는 것을 보장한다. 이 모든 것은 6축 다관절 로봇은 물론 SCARA, 심지어 델타 로봇과 같은 모든 로봇 운동학에서 작동한다. 그러나 구현을 위해서는 위에 제시된 SCP 211 안전 CPU의 사용이 필수다.

 

안전 기능 블록 DH 변환, 충돌 감지 및 안전 영역을 통해 모든 로봇 운동학에 대한 안전한 작업 공간 모니터링이 가능하다.

 

www.sigmatek-automation.com 자료제공: 서보스타