대규모 목재 가공 기계 설비의 현대화
고성능 SIMATIC WinAC RTX Fail Safe PC 기반 자동화 솔루션

대규모 목재 가공 기계 설비와 시스템은 예전에는 특별히 전용으로 개발된 제어 시스템을 탑재한 경우가 종종 있었지만, 이제 한 시스템 제조업체가 미래의 변화에 영향을 받지 않는 표준 컴포넌트에 의지해 개조 프로젝트를 실현하고 있다.

지멘스 SIMATIC WinAC  RTX  F  PC 기반의 자동화 솔루션을 이용한 이 새로운 시스템 개념은 인상적인 기술적 도약을 가능하게 한다.

편집자 주

기계와 시스템의 현대화는 목재 가공 산업에서 중요한 역할을 수행한다. 하인리히 쿠퍼 사(Heinrich Kuper GmbH & Co. KG)의 헬무트 홀타펠(Helmut Holtapel) 장비개조 전기분과 책임자도 거기에 동의한다.

“우리가 개조하는 기계 중에는 수십 년이나 낡은 것도 있지만 그런 기계도 새 것처럼 말짱해져서 우리 공장을 떠난다. 완전히 새로운 시스템을 구입하는 비용의 60% 정도로 가능하다. 게다가 납기 기간은 훨씬 짧다. 예를 들어, 한 폴란드 고객의 68m 길이 엣지 밴딩 기계 설비의 전체 개보수 작업은 예상 기간을 훨씬 앞당겨 겨우 3개월 밖에 걸리지 않았다.”

리트베르크에 위치한 이 회사는 이러한 개보수 프로젝트 전문기업으로서 특히 목재 가공 설비 분야가 전문이다. 그리고  수십 년 동안 기계 및 전기적 드라이브 기술에  대한 포괄적인 전문 지식을 쌓아왔다. 이 회사는 유명한 목재 가공 기계 제조업체들과의 긴밀한 협조가 중요하다고 믿는다.

제어 기술은 현대화라는 측면에서 결정적인 기준 역할을 한다. 따라서 독점적인 전용 시스템이 표준 구성 요소에 의해 교체되는 경우도 많다. 헬무트 홀타펠은 “우리가 특화된 시스템의 사용을 자제하면 고객들은 미래의 시스템 변화에 영향을 받지 않는 신뢰성 있는 표준 솔루션을 얻을 수 있다”고 강조한다.

이것이 지멘스의 SIMATIC WinAC RTX PC 기반 자동화 컴포넌트들이  위에 언급한 대규모 설비 개보수 프로젝트에서 선택된 이유이다. 노베르트 하트만(Norbert Hartmann) 전기 엔지니어는 “이 콤팩트하고 강력한 제어 시스템 기술은 전통적인 전용기 제어 솔루션들에 비해 탁월한 장점을 보여주고 있다”고 언급한다.

안전 기술을 포함한 높은 기능적 통합

이전의 개보수 프로젝트에서는 사이클 시간과 버스 부하를 최적화하기 위해 전체 제어 시스템에 별도의 PLC 하드웨어를 적용해야 했다.

오늘날에는 냉각 팬이 없고 유지보수가 필요  없는 소형 산업용 PC인 Simatic Microbox PC 427에 고장안전 기능을 지원하는 SIMATIC WinAC RTX F PC 기반 소프트웨어 컨트롤러를 사용해 표준 자동화 및 안전기술이 함께 구현된다.

노베르트 하트만씨는 “이 유닛이 표준 자동화 및 고장 안전 신호를 위한 기능을 탐지하고 Profisafe를 통해 이 신호의 전송을 지원한다는 사실은 중요한 이점이며, 배선 비용을 50% 절감시키는 효과도 있다”고 설명했다.

헬무트 홀타펠은 “PC 기반 실시간 제어의 정확한 사이클 시간 덕분에, 엣지 밴딩 기계 설비에서 요구되는 것과 같은 결정론적 프로그램도 실행이 가능하다. 1~2밀리초 사이의 사이클 시간은 이런 목재 가공 시스템의 모든 작업을 수행하기에 충분하고도 남는 시간“이라고  말한다.

Profinet의 활용은 진단 능력 같은 일련의 추가적 이점을 제공한다. 엣지 밴딩 기계 설비에는 수많은 비상 정지 버튼, 후드 스위치, 보호 도어 텀블러 뿐 아니라 안전 라이트 배리어, 안전 스위치 스트립 등이 존재한다.

예를 들어, 어떤 문이 열린 채로 있거나 어떤 버튼이  과거에 조작됐다면, 시스템 운영자는 시스템 시동을 방해하는 원인을 찾기 위해 전체 시스템을 뒤져야 했다. 하지만 오늘날에는 고장 위치가 화면  조작반에 즉시 표시된다.

뿐만 아니라 Microbox PC의 통합형 Profibus 인터페이스를 통해 기존의 시스템 컴포넌트들을 연결할 수 있다.

분산 I/O를 통한 데이터 전송

모든 센서와 액추에이터가 개별 직접 배선 방식으로 연결됐던  오리지널 시스템과  반대로, 쿠퍼사는 현대화 범주 내에서 분산 I/O의 이점을 충분히 활용했다.

지멘스의 Simatic ET200  리모트 I/O 모듈  덕분에 모든 센서 신호는 현장에서 곧바로 탐지돼 Profinet을 통해 상위 제어 레벨로 전송된다. 물론, 이 절차는 또한 배선 오류의  위험을 현저하게 감소시킨다.

게다가 콤팩트한 PC 기반 제어 시스템을 현대적인 필드 버스 시스템과 분산 I/O와 함께 적용함으로써 제어 캐비닛의 크기를 최대 20%까지 감소시킬 수 있었다. I/O 스테이션들은 공간 및 경로를 최적화하는 방식으로 엣지 밴딩 기계 설비 내에 부착될 수 있었다. 작업장의  스탭들은 이구동성으로 동의한다. “이 새로운 제어시스템 콘셉트 덕분에 시스템 설치 작업이 훨씬 쉬워졌다.”

신속한  시운전을 위한 턴키 패키지

다양한 형태와 크기의 롤에서 목재 패널까지 플라스틱 단면을 접착하는 시스템은 개별 패널을 중간 중간 뒤집어야 하는 3가지 기본 공정 스테이션으로 구성된다. 이 스테이션들은 접착/세로 가공, 접착/가로 가공, 중앙의 준비된 패널을 절단하는 중앙 절단 공정으로 이뤄진다.

두 접착 스테이션에는 각기 I/O 유닛을 제어하는 SIMATIC WinAC RTX F 소프트웨어  컨트롤러가 탑재된 Microbox PC가 자리하고 있다. 과거에는 유닛을 위한 별도의 자동화 장치들이 필요했었다. 하지만 이제는 별도의 장치가 없어도 가능하다.

헬무트 홀타펠씨는 “오늘날 고객들은 중고 기계 설비에서도 첨단 기술을 활용할 수 있기를 기대한다”고 말한다.

쿠퍼 사가 아주 콤팩트한 Microbox PC IPC427과 Fail Safe 기능이 추가된 WinAC RTX F  PC 기반 소프트웨어 PLC로 구성된 지멘스의 턴키 번들 패키지를 선택한 것은 이런 이유 때문이었다.

노베르트 하트만 씨는 “잘 알려진 Step7 소프트웨어를 통해 프로그래밍이 구현되는 동안 프로그래머는  기존 PCL와  비교해서 어떤  차이도 알아차리지  못한다”고 강조한다.

Microbox PC는 Profibus 또는 Profinet, 2종류의 필드 버스 중에 하나로 사전 구성할 수 있으므로 시스템의 통신 시스템에 맞춰 조정할 수 있다. 게다가 두 버스 시스템은 두 개의  통합된 표준 이더넷 인터페이스 중에 하나를 Profibus 구성을 가진 WinAC RTX의 Profinet 인터페이스로 할당하거나, 아니면 PCI-104를 통해 각각의 필드 버스를 확장 카드에 연결함으로써 동시에 사용할 수도 있다.

IPC 기반의 견고한 솔루션

높은 시스템 가용성은 이러한 PC 기반 솔루션에서 특히 소중한 이점이다. 파티션들은 EWF 필터(Enhanced Write Filter)를 통해 하드 디스크에서 실수로 손상되지 않도록 ‘잠글’ 수 있다.

원래  시스템 상태의 의도하지 않은 변경이나 조작이 있는 경우에 그러한 변경을 초기화하려면 산업용 PC를 다시 시작하기만 하면 된다. 게다가 EWF는 전원 공급 중단이나 ‘하드’ 셧다운에  따른 운영 체제의 손상을 방지하고 손쉽게 재부팅하도록 허용한다.

뿐만 아니라 Microbox PC에는 NVRAM 메모리(Non-Volatile Random- Access Memory)가 탑재돼 있다. 갑작스런  전원 공급 중단시에 최대 128KB의 데이터가 이 비휘발성 메모리에 자동으로 전송돼 보존된다. 노베르트 하트만씨는 “이 기능 덕분에 시스템을 다시 시작한 후에도 별 다른 시간 손실 없이 생산 절차를 계속할 수 있다”고 언급한다. 

쉽고  안전한 Profinet 연결

시스템에는 설정 작업의 대상이 되는 수많은 지점이 광범위하게 분산돼 있다. 다양한 크기와 성능의 화면 조작반이 시스템 전체에 설치된 것은 바로 그런 이유 때문이다. 노베르트  하트만 씨는 이것을 추가적인  장점으로  평가한다. 그는 “기계 설비 운영자들은 UI 이미지와 데이터의 빠른 업데이트 속도를 높이 평가한다. 시스템 내의 두 개 제어 컨트롤러 간의 네트워킹은 Profinet을 통해 쉽게 구현된다”고 언급했다.

더불어 헬무트 홀타펠은 “이 필드버스 시스템은 다양한 스테이션의 통합에 이상적”이라고 강조했다.

두 제어 전문가는 PC 기반 자동화와 관련된 이 현대적인 완성형 솔루션이 제공하는 또 하나의 중요한 장점을 강조한다. 여기에 도입된 소프트웨어 컨트롤러는 전체 하드웨어 구성을 포함해 제어 프로그램을 하나의 파일로 저장할 수 있도록 지원한다. 이 파일은 이메일로  보내져서 고객들이 현장에서 곧바로 쿠퍼사의 최적화된 제어 소프트웨어 버전을 설치할 수도 있다.

헬무트 홀타펠은 “복잡하고 비용이 많이 드는 원격 유지보수에 대한 훌륭한 대안이 될 수 있”고 강조했다.

콤팩트하고 저렴한 통합  솔루션

독일의 동부 베스트팔렌 지역에 본사를 둔 하인리히 쿠퍼사는 세계시장을 상대로 오래된 기계 설비와 제조 시스템의 현대화 프로젝트 사업을 활발하게 전개하고 있다. 녹색 자동화에 기반한 글로벌 요구 기준을 충족시켜 개보수 프로젝트의 고객 만족도를 높이기 위해서는  현대적 드라이브 및 제어 개념의 효율적인 구현이 매우 중요하다.

그렇기 때문에 이 회사의 시스템 현대화 전문가들은 거의 4년 동안 지멘스의 PC 기반 자동화 솔루션에 의지해 왔으며 그로 인해 수많은 이점을 누리고 있다. 물론, 경제적 효율성으로 인한 이점이 가장 크다. 이는 헬무트 홀타펠씨와 노베르트 하트만씨도 동의하는 바이다. 이들은 “이 프로젝트에서 도입한 것보다 더 콤팩트하고 저렴한 첨단 솔루션은 상상도 할 수  없다”고 언급했다.

FA Journal 편집국 (fa@infothe.com)

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