사출성형의 근간

사출성형의 근간
B&R

점점 커져 가고 경쟁적이 되고 있는 사출성형 산업 안에서, 기계제조업체들이 제조 및 운용  비용을 절감하기 위해 혁신적이고 효율적인 설계를 바탕으로 자신들을 차별화한다는 것은 매우 중요하다.

2008년 Robert D. Schad가 Athena Automation이라는 캐나다 사출성형기계 제조업체를 창립할 당시, 그는 새로운 하이브리드 사출성형기계에 대해 효율성, 유연성, 그리고 성능에 있어 강한 관심을 보였다. 그래서 기계부터 제어 시스템까지 사출성형 기계의 모든 면에 대해 새롭게 살펴보게 하였다. Athena사는 6개월에 걸쳐 다양한 제어 시스템에 대한 면밀한 평가를 수행하였고, 단순히 자신들의 목적을 달성할 수 있는 하나의 솔루션만 찾는데 그치지 않고, 사출 성형 산업에 있어 최고의 전문성을 가진 파트너를 발굴하는 노력도 같이 하였다. 이런 철저한 의사결정 프로세스를 걸쳐, B&R이 미래의 최고의 파트너로서 선정되었다.
“본 제어시스템은 유압 및 전기 구동축, 분산 I/O, 객체지향성 프로그래밍, 최신 서보 기술, 개방형 연결성 및 현재 우리가 개발 중인 고급형 HMI 등을 지원해야 했습니다. 그리고 개발 및 시작에 있어 충분히 지원 가능한 로컬 서비스의 가용여부도 또한 중요하였습니다”라고 Athena의 control team leader인 Mark Ricke씨가 말한다.

모든 면에서 모듈화 그리고 유연성

이 신규 개발에 있어 Athena사의 주요 설계목표는 고객들로 하여금 사전 설계된 다양한 옵션의 선택뿐만 아니라, 기계의 조립 및 서비스에 있어 간편성과 효율성을 보장하는 모듈식의 유연한 기계 콘셉트가 그것이었다. 이것은 소프트웨어 및 전장 설계에 있어 커다란 도전이었다.
이것을 현실화함에 있어, Athena사는 B&R의 Power Panel기술을 활용하였다. 이 Power Panel은 PLC, HMI 및 모션 제어기가 하나의 단일 유닛에 통합되어 있고, 실시간 이더넷기반 POWERLINK 프로토콜을 통해 2축 모듈의 컴팩트 ACOPOSmulti 드라이브와 고집적 X20 I/O에 직접 연결된다.
이 솔루션을 통해 Athena사는 컴포넌트 수량뿐만 아니라 캐비닛 공간도 줄일 수 있어, 매우 깨끗하고 간단한 캐비닛 레이아웃으로 기계에 설치될 수 있다. 기계 옵션에 따라 필요한 드라이브나 I/O들이 쉽게 추가될 수 있다 그리고 기계 프로그램은 이들을 인식하고 필요한 기능들을 가능케 한다. 서보 드라이브에 있어 수냉식 부착판을 사용하여, 캐비닛 또한 별다른 에어컨 장비없이 낮은 온도로 유지될 수 있다. 결과적으로 Athena사는 에너지 절감에 있어 추가비용을 줄일 수 있었다.
간결화 및 모듈화 개념은 소프트웨어 설계 및 Automation Studio에 적용되어, 기계적 기능들과 옵션들이 독립적인 개별 소프트웨어 유닛으로 나누어지게 되었다. “이를 통해 개발시간을 줄이고 실제 표준제품에 적용하기 이전에 모듈들의 테스트가 가능하여, 결국 더 안정적인 제품을 만들 수 있었습니다”라고 Ricke씨가 말한다. “하드웨어의 정시 배송은 B&R의 작은 배려였습니다. 맞춤화된 교육 프로그램과 같은 로컬 서비스 덕분에 우리는 첫 번째 프로토타입을 스케줄에 맞춰 완성할 수 있었습니다”라고 덧붙였다.

에너지 효율

에너지 가격이 지속적으로 상승하는 가운데, 에너지 효율은 Athena사의 하이브리드 사출성형 기계의 설계에 있어 또 다른 중요한 목표였다. 대부분의 에너지는 주로 기계의 유압시스템에 의해 소모된다. 필요한 유량과 상관없이 일정한 속도로 동작하는 유압펌프의 인덕션 모터를 사용하는 대신, Athena사는 B&R의 서보 유압 콘셉트를 적용하여 유압펌프가 on demand방식으로 서보모터에 의해 구동된다. 단지 유량과 유압이 필요할 때만. 결과적으로 에너지 절감뿐만 아니라, 이 콘셉트를 통해 Athena사는 값비싼 서보밸브가 필요 없게 되었다.
에너지 재생 기능 및 750V 정류 DC버스가 내장된 ACOPOSmulti 드라이브 시스템이 이 목표 달성에 있어 한몫을 더했다. 제동 에너지는 그리드 쪽으로 재생되는 반면, 높은 DC전압은 모터의 고속 동작을 가능하게 한다. 모터와 드라이브의 완벽한 조합을 통해 Athena사는 저관성 모터를 사용하게 되었고, 에너지 및 비용도 절감할 수 있었다.
“우리의 150톤 하이브리드 기계는 다른 유명한 전-전기적 기계와 비교 테스트 되었고, 동일한 에너지 효율로 더 높은 성능을 발휘합니다” 라고 Robert Schad씨가 말한다.

쉬운 조작 및 서비스

Athena사는 Automation Studio의 비주얼 컴포넌트 프레임웍을 사용하여, 매우 직관적이고 일관된 디자인 철학으로 학습곡선을 상당히 줄여주는 비주얼 시스템을 설계함과 동시에, 검색 및 기계설정에 있어 새로운 수준의 효율성을 보여주었다. 인터랙티브한 웹기반의 도움말 시스템은 작업자에게 기계조작 및 에러해결에 필요한 정보를 제공한다.
기계의 모든 면에서의 간편한 원격진단 기능은 Athena사의 지원과 B&R의 웹기반 System Diagnostics Manager 진단 시스템을 통해서 가능하였다. 간편한 서비스, 짧은 구축시간, 간단하고도 유연한 디자인 등이 다른 사출성형 기계에 비해Athena사의 기계에게 큰 장점을 주었다.

유연하지만 안전한

유연성과 관련해서는, 복잡하지 않고 적절한 안전성만 유지하면서 기계의 모든 옵션들을 수용하려고 할때 고정배선의 안전회로는 한계를 가진다.
Athena사는 B&R의 통합 안전 콘셉트를 적용하여 높은 수준의 기계 안전성을 만족함과 동시에 필요한 유연성도 구현할 수 있었다.
B&R의 ‘통합안전기술’ 콘셉트의 큰 장점은 안전기술과 관련된 중복된 배선 및 외부 모니터링 모듈을 제거하는 것이다. 데이터는 openSAFETY라 불리는 안전 프로토콜로 기계의 버스시스템인 가상배선으로 전송된다. 이것은 안정적인 피드백과는 별도로 제어 시스템과의 쉬운 데이터통신을 가능케 한다.
POWERLINK가 매우 정확한 실시간성을 지니며 라이선스 기반의 하드웨어에 의존적이지도 않다는 사실은 라이선스 또는 특정 벤더로부터의 진정한 독립 그리고 유연성을 의미한다.
통합 안전 시스템을 사용하거나 IP67 안전 I/O모듈을 활용한 안전 I/O의 분산을 통해서도 배선을 상당히 줄일 수 있었다.
“B&R은 단순히 벤더가 아니라 진정한 파트너였습니다. 오늘날 우리 모두는 운영적인 측면에서도 매우 가까이 일하고 있습니다. 사전 설정된 특정 기계용 부품들은 바로 주문이 가능하고 심지어 창고에 저장될 필요도 없습니다. 물류, 조립 및 기술 개선을 위한 차기 단계들은 현재 계획 중이며, B&R의 훌륭한 로컬 전문가들이 우리의 미래 목표 달성에 큰 도움을 줄 것입니다”라고 Ricke 씨가 결론짓는다.

고속 Ethernet POWERLINK는 매우 정확한 실시간성을 지니며, 라이선스 기반의 하드웨어에 의존적이지도 않다. 이것은 Athena Automation사로 하여금 라이선스 또는 특정 벤더로부터의 진정한 독립 및 유연성을 가질 수 있도록 하였고, 또한 통합안전시스템 덕분에 배선도 상당히 줄일 수 있게 되었다.

“본 제어시스템은 유압 및 전기 구동축, 분산 I/O, 객체지향적 프로그래밍, 최신의 서보 기술, 개방형 연결성, 그리고 우리가 개발 중인 고급형 HMI 등을 지원해야만 했습니다. 개발과 사작을 지원할 수 있는 로컬 서비스의 가용여부도 매우 중요하였습니다. 맞춤화된 교육 프로그램과 같은 훌륭한 로컬 지원 덕분에 우리는  첫번째 프로토타입을 스케줄에 맞춰 완성할 수 있었습니다.”

- Marc Ricke
Athena사의 Controls Team Leader

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 사출성형의 근간