[Beckhoff 제공] 중국 CYGIA와 CYGDM 두 기업은 새롭고 유연한 제조전략의 일환으로 인터페이스와 프로토콜이 통일된 스마트팩토리 플랫폼 개발에 천착해 왔다.

2006년 설립된 CYGIA는 중국의 대표적인 첨단 기술 기업 중 하나로 전자제품, 반도체, 자동차, 에너지, 의료공학, 조명기술 등 업종별로 고객 맞춤형 자동화 및 테스트 솔루션을 보급하고 있다. 2015년 설립된 CYGDM는 ALC 라인 제어 시스템, iSPC 스마트 데이터 분석 시스템, 스마트 창고 관리 및 물류 시스템 등 스마트팩토리 솔루션 개발하고 구현할 수 있는 SW, HW 서비스를 제공하는 업체이다.

CYGIA의 전자제품 제조용 스마트팩토리 솔루션 [사진=CYGIA, 중국]

이들이 개발한 플랫폼은 센서, 액츄에이터, 오퍼레이터 터미널, 제어시스템, 여러 사용자 간의 지능형 네트워크(기계와 사람, 기계와 서비스 간의 네트워크 등) 통신장비를 한 데 모은 허브이다. 인더스트리4.0 관점에서 보면 기기 레벨과 수직 및 수평적 생산 레벨에서 통합을 도모하는 역할도 톡톡히 수행하고 있다.

스마트팩토리를 위한 개방형 제어 기술

CYGIA의 스마트팩토리 솔루션은 IoT와 모니터링 기술을 활용해 정보 관리를 용이하게 하고, 공정을 추적해 생산 라인에 대한 수동적 개입을 줄이고 생산 계획을 간소화한다. 솔루션의 일부로 배포된 다른 기술로는 시뮬레이션, 멀티미디어 및 증강현실 등이 있다. 이러한 고성능 컴퓨팅 성능에 부합하기 위해 CYGIA와 CYGDM은 Beckhoff의 임베디드PC CX2030과 CX9020을 도입했다. 

이 CX2030은 스마트팩토리에서 최고 수준의 허브 제어를 처리하도록 하며, CX9020은 서브스테이션의 제어 플랫폼으로 사용된다. 초고속 EtherCAT 통신 기술과 결합된 PC 기반 제어의 개방형 아키텍처는 응답 시간을 최대한 짧게 유지함과 동시에 시간 분할 다중화 및 멀티태스킹, 고수준 언어 프로그래밍 및 데이터 저장 용량을 광범위하게 지원하는 등 다양한 요구사항들을 거뜬하게 소화해 낸다.

Beckhoff의 ‘TwinCAT3 Automation Software’가 Visual Studio에 통합된 것은 SW 측면에서 적지 않은 이점들을 준다. TwinCAT3의 객체 지향적 개발 환경에서 만들어진 표준화된 바닥층 제어 플랫폼(.NET에서 개발된 상층 제어 플랫폼과 결합된)은 다양한 디바이스를 쉽게 통합할 수 있다. 이에 스마트팩토리 솔루션을 개발하는 데 드는 시간과 노력을 줄여준다. 

중앙제어 플랫폼의 HMI에 표시되는 정보 [사진=CYGIA, 중국]

또한, 모듈형 및 분산형을 기반으로 한 SW를 개발할 수 있다면 SW 효율성이 향상되면서 동시에 개발 및 유지보수 비용은 낮출 수 있다. 상위 제어 시스템에서는 ADS .NET 구성요소, DLL(Dynamic Link Library)을 모두 사용해 자연스럽게 서버와 여러 클라이언트 간 비동기 통신 형태를 구현한다. 전체 통신 아키텍처는 시간을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 호환성도 좋아지는 것이다. 또한 TwinCAT Automation Interface는 개발자들이 COM 기술을 사용해 기기 상호작용을 프로그래밍할 수 있도록 돕는다는 강점이 있다.

CYGIA의 엔지니어들은 TwinCAT을 통해 복잡한 시스템 개발을 간소화 시켜줄 객체 지향 모듈식 프로그램 프레임워크와 구조화된 텍스트, 객체 지향 프로그래밍 및 고객별 라이브러리를 사용할 수 있다. 

CYGIA의 R&D Director인 Joshua Wang은 “우리는 모듈화, 표준화를 통해 프로그래밍 효율성을 향상시키는데 성공했다. 새로운 생산 기술을 개발할 때는 몇 가지의 방법만 수정하면 된다. 이 프로그램은 크고 복잡할 수 있지만, 코드를 효율적으로 재사용할 수 있다는 이점이 있다. 구조가 명확하고 읽기 쉬우며, 휴대성이 뛰어나다”고 평가했다. 

시스템 구성, PLC 코드 개발, 모션 제어 구성, 버스 및 모듈 구성, HMI 개발, 그리고 오실로스코프 기능을 위해 TwinCAT3이 제공하는 내부 기능이 최대한 활용됐고, 또한 프로그램 구조, 프로세스 제어, 데이터 구조, 알람 해제 및 보안 제어도 모두 표준화됐다.

스마트 창고를 제어하는 CX9020 embedded PC [사진=CYGIA, 중국]

스마트폰 위한 스마트팩토리 솔루션

Beckhoff 솔루션은 CYGIA의 전자제품 제조 솔루션에 대한 엄격한 기준에 충분히 부합하고 있다. 별도의 생산 스테이션이 있는 기존 설정과 비교해 CYGIA의 시스템은 제조, 공급 체인의 유연성을 끌어 올렸고, 용량 활용도를 향상시켰다. 

일례로 휴대폰 서킷 보드의 제조와 관련된 데이터를 교환할 수 있는 ERP, MES 및 모니터링 시스템은 예약이나 취급, 자재 분배, 제품 제조 및 검사(포장, 웨어하우징, 물류 및 운송 등에 대한)에 이르기까지 모든 것을 포함한 포괄적인 프로세스 자동화를 가능하게 한다. 스마트공장의 시스템 아키텍처는 주문, 자산 및 품질 관리 기능을 관리 대쉬보드, 재고 관리 및 제품 추적 기능을 모은다.

지능형 창고에서는 모든 상품에 코드를 할당하고 지게차나 셔틀이 특정 위치로 랙이나 팔레트를 운반한다. 각 보관 위치는 창고 관리 SW에 의해 제어된다. 제품 위치, 재고 수준, 개방형 보관 위치 및 보관 전략은 모두 매개변수 관리 시스템을 통해 관리된다. 

CX9020 임베디드 PC는 재고 관리의 핵심 요소이다. PLC 프로그램을 실행하고, TCP/IP를 통해 로컬 MES에 접속하며, 자재 운영 계획을 위한 NC 제어기로 운용된다. 또한 EK1110 EtherCAT extension 모듈을 통해 체인 토폴로지에서 이송 및 제거 메커니즘의 확장 부분과 연결된다.

자동 생산 라인의 주요 요소로는 중공판 인쇄, 표면 마운팅, 리플로 용접, 분사, 잠김 나사, 자동 광학 검사, 통합 및 기능 관련 서킷 테스트, 패킹 및 언패킹이 있다. 이 라인에는 총 3대의 CX2030 임베디드 PC가 탑재돼 있는데, 이 PC는 보다 높은 수준의 중앙제어시스템과 초고속으로 상호교신하며 반도체 부품의 효율적인 생산과 정밀한 제작에 필수적인 존재이다. 

마스터 역할을 하는 첫 번째 CX2030은 PLC 프로그램과 모션 제어 및 HMI SW를 모두 실행한다. TwinCAT TCP/IP(TF6310)를 통해 제어 시스템과 MES 사이에서 고속으로 양방향으로 데이터를 전송하고, 인쇄, 표면 마운팅, 리플로 용접 프로세스를 제어한다. 여기서 TwinCAT PLC/NC PTP 10/NC I(TC1260)는 기계당 20개의 EtherCAT 서보 축을 동적으로 배치할 수 있는 풀 모션 제어 기능을 제공한다. NC I 보간 기능은 두 축에서 매끄럽고, 안정적이며, 커플링된 움직임을 달성하고, 아크 용접 프로세스를 제어하는 역할을 한다.

두 번째 CX2030 임베디드 PC는 PLC, 모션 제어 및 HMI SW를 실행하고 TCP/IP를 통한 통신을 관리하며 ALC 라인 제어 시스템과 데이터를 교환한다. 또한 MES에서 TCP/IP를 통해 명령을 받아 테스트를 실행하고 패킹 및 언패킹을 실행한다. 또한 다양한 제품을 위한 특정 테스트 환경 간에 빠르고 효율적으로 전환할 수 있는 동기화 디바이스를 통해 EtherCAT 서비스 축 10개를 유연하게 구성할 수 있다. 세 번째 CX2030은 PLC, 모션 제어 및 HMI SW를 관리하며, 광학 검사를 위해 고해상도 TCP/IP 카메라를 제어한다.

자동화된 생산 라인의 주 제어기 역할을 하는 CX2030 임베디드 PC(왼쪽) [사진=CYGIA, 중국]

EtherCAT 기술로 시스템 성능 향상

CYGIA는 고속 통신 시스템으로 EtherCAT을 선택해 센서 신호의 빠르고 정확한 상호교류를 구현하고 있다. 이 회사는 EtherCAT의 스타 토폴로지의 자동화된 생산 라인에서 마스터 통신을 실행한다. 슬레이브 디바이스는 연결이 간편해 관리, 유지 보수 및 확장을 간소화한다. 라인 토폴로지는 가능한 한 간단하게 배선을 유지하기 위해 서브 스테이션 수준에서 활용된다.

CYGIA의 수석 전기 엔지니어인 Genming Huang은 “EL1809와 EL2809 HD EtherCAT 터미널은 매우 작고 가성비도 뛰어날 뿐만 아니라, 여러 채널을 제공하며 다양한 토폴로지로 유연하게 구성될 수 있다. 또한 오프라인 구성과 Hot Connect 그룹을 지원하므로 어렵지 않게 설정할 수 있다. 또한 EtherCAT은 진단 코드, 진단 유형, 텍스트 ID, 타임스탬프 등 다양하고 유용한 정보를 제공한다”고 밝혔다. 그는 이어서 “이를 통해 EMC 장애, 케이블 손상 혹은 장비 오류로 인해 발생할 수 있는 마스터와 슬레이브 간의 통신 단절 부분을 찾아 수리하는 데 크게 도움이 된다. 이는 유지보수를 훨씬 효율적으로 수행가능케 한다”고 전했다.

미래 발전 가능성 ‘활짝’

CYGIA의 스마트팩토리 솔루션 목표는 통합 생산 시스템 내에서 개별 전자부품의 조립 및 제조 디바이스를 통합하는 것이다. 또 다른 목표는 생산 공장 연결, 생산 데이터 시각화 그리고 생산 공정을 투명화해 완전히 자동화된 생산 현장을 만드는 것이다. CYGIA는 인더스트리 4.0에 대한 트렌드를 감안해봤을 때, 클라우드 컴퓨팅, 빅 데이터 및 IoT를 포함한 광범위한 데이터에 접근할 수 있는 스마트팩토리 SW가 필요했다.

“우리는 향후 업그레이드에서 빅데이터 분석, IoT 발전, 머신 비전 등을 지원하기 위해 TwinCAT3 기능을 점진적으로 통합할 것이다. 앞으로 클라우드 데이터 보관와 분산 데이터 상호 작용의 이점을 충분히 활용하기 위해 하이브리드 제어 시스템 설정을 더욱 개선할 것”이라고 말했다.

[최정훈 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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