[애플리케이션 노트] 산업 현장에서 기계 제조업체에 대한 요구사항은 계속 늘어나고 있다. 다양한 생산 공정에 맞춰 기계를 유연하게 운영할 수 있어야 하며, 공정을 멈추지 않고도 설비의 설정 변경 및 조정이 가능해야 한다. 또한 생산성 향상을 위한 사이클 타임(Cycle Time)은 단축 돼야 한다. 특히 기계 및 시스템 장비의 자동화 단계가 높아지면서 서보 드라이브의 역할은 더욱 커지고 있다. 높아진 가동 성능 과 동기화 기능, 정확한 위치 제어 능력이 장비의 핵심 요소로 요구된다. 이와 같이 꾸준히 증가하는 복합적인 시장 요구 상황에 대응해 파카 하나핀(Parker Hannifin)은 서보 드라이브 PSD와 모션 컨트롤러인 PAC을 이용한 새로운 서보 솔루션을 개발했다.

PSD 서보 드라이브 시리즈는 PSD-S와 PSD-M 두 가지 버전이 있다. PSD-S는 폭 50mm의 단독으로 쓰이는 소형 드라이브로 최대 정격 출력 전류는 5A이며 상대적으로 작은 설비나 장비 혹은 보조 드라이브 솔루션에 적합하다. PSD-M은 400VAC 메인 전원 기반으로 확장이 가능한 모듈 타입인 다축 서보 시스템이다. 이 축 모듈들은 쉽게 접근이 가능한 DC 링크를 통해 메인 모듈과 연결돼 있어 퓨즈, 필터, 각 드라이브를 위한 제동 저항기(Braking Resistor) 등의 보조 부품을 추가 구비할 필요가 없으며, 중앙 메인 모듈에서 한 번씩만 연결되면 된다. 또한, 전체 드라이브를 위한 DC 버스 커넥션(Common DS Bus Connection)이 관성 모터의 에너지를 구동 모터 드라이브에 공급할 수 있도록 에너지를 효율적으로 운영하기 때문에 주 전원에서의 에너지 공급은 따로 필요가 없다. 이 모듈은 최대 정격 전압 30A까지 이용 가능하다.

초소형의 다축 서보 드라이브
다축 서보 시스템 PSD-M의 특별한 기능 중 하나는 각각의 확장형 축 모듈이 서보 모터를 최대 3대까지 제어할 수 있다는 점이다. 게다가 메인 모듈을 포함하는 각 모듈의 폭은 50mm에 불과해 전체 폭이 250mm인 경우 서보 모터를 12대까지 구동할 수 있다. 파카의 드라이브 솔루션 중 가장 콤팩트한 제품이며 최소한의 장비 공간으로 다양한 제어시스템 구현이 가능하다.

통신 인터페이스 측면에서 보면, PSD는 Industry 4.0에서 기본으로 요구되는 개방형 이더넷(Ethernet) 표준을 엄격하게 지향한다. TCI/IP 이더넷 외에도, 모든 드라이브에는 실시간 동기화를 위한 이더넷 인터페이스가 장착돼 있다(EtherCAT, Profinet 및 Ethernet/IP 사용가능).
파카의 개발 엔지니어들은 간편한 디바이스의 교환 및 결선, 쉽게 구동할 수 있는 제품을 개발하는데 중점을 두고있다. 컨트롤러는 간단하게 파카 SME 서보 모터의 단일 케이블 기술을 지원한다. SME 모터는 완벽하게 통합된 전원 케이블과 오작동 걱정 없는 디지털 절대 위치 엔코더가 포함돼 있으며, 드라이브와 모터 사이에 별도의 엔코더 피드백(Encoder Feedback)이 필요 없기 때문에 새로운 기계 장비의 설치비용을 절감해 준다. 이러한 특징은 다수의 드라이브가 분산돼 있거나, 케이블이 따라다니는 이동 축에 설치되는 대형 시스템의 경우 특히 유용하다.

모든 모터에는 전자 명판이 탑재돼 있기 때문에 쉽고 빠르게 파라미터를 설정하는 플러그앤플레이가 가능하다. 또한 이동형 SD카드가 있어 장비의 교체가 아이들 놀이만큼이나 쉬워졌다. 메모리 카드는 완벽한 파라미터 설정과 기기 소프트웨어 저장 기능을 갖추고 있으며 기기를 교체해야 하는 경우 새로운 드라이브에 SD카드를 옮겨 넣으면 단 1분 만에 기기를 교체할 수 있다.

PAC, 파카 오토메이션 컨트롤러
PSD 서보 드라이브는 새로운 제어 플랫폼 PAC(Parker Automation Controller)과 함께 사용해 효율성을 극대화할 수 있다. PAC은 PLC 로직(PLC Logic), 모션 컨트롤(Motion Control) 및 비주얼라이제이션(Visualization)을 하나의 제품에 통합한 제어 플랫폼이다.

팬이 없음에도 고속 연산 처리가 가능하고 부속품이 별도로 없는 설계로 견고함을 자랑한다. PSD와 마찬가지로 이동형 SD카드를 통한 온보드 SD프로그램 저장이 가능하며, 코드시스(CoDeSys) 개발 환경을 바탕으로 한 IEC61131-3 프로그래밍 언어를 사용하고 있다. 기능 블록(Function Blocks)과 래더 다이어그램(Ladder Diagrams)을 통해 시스템 요구사항에 맞는 프로그래밍이 가능한 점 또한 장점으로 부각된다. 시스템 통신으로는 이더캣(EtherCAT)이 기본 사양으로 적용됐다. PSD 드라이브와의 빠르고 정확한 동기화는 이더넷 통신 표준을 통해 이뤄지며, 제어 축의 수에 따라 1,000분의 1초 이하의 사이클 타임에 도달할 수 있다.

확장 가능한 I/O 모듈을 위한 후면 패널 통신 역시 이더캣에 기반하고 있으며, 전용 후면 패널 통신과 시스템 통신 사이에 전환 과정이 없기 때문에 그만큼 반응 시간이 빨라진다. 견고한 초소형 I/O 모듈은 각각 최대 32개의 I/O 신호의 처리가 가능하며, 착탈식 케이지 클램 터미널(Cage-Clamp Terminal) 방식으로 설계돼 있어 설치가 쉽고, 잠재적 오류의 원인들을 예방할 수 있다. 두 개의 독립적인 표준 이더넷 인터페이스는 TCP/IP를 통해 접근할 수 있다. 예를 들어 기존 장비의 레시피 파일(Recipe File)은 OPC나 FTP 프로토콜을 통해 마스터 컴퓨터와 교환이 가능하다. 상위 레벨 제어 네트워크에 연결하기 위해서 Profibus, Profinet 및 Ethernet/IP 같은 통신 인터페이스 중에서 선택하는 것도 가능하다.

산업표준 적용으로 설치, 운영 용이
PLCopen 표준의 기능 블록을 통해 모든 축의 Point-to-Point 위치 이동이나 전자 캠 디스크 기능을 사용할 수 있다. 또한 그래픽형 경로 계획(Path Planning) 및 G-코드 프로그래밍을 사용하면 이동 경로를 보간(Interpolating)할 수 있으며, 직렬·병렬 로봇의 모션 제어도 이를 통해 이뤄진다.

이처럼 중요한 산업 표준 사양을 서보 드라이브 프로그래밍 작업에 적용할 경우 기계 엔지니어는 더 빠르고 쉽게 시스템에 능숙해 질 수 있으며 생성된 프로그램의 장기간 재사용을 보장해 주는 효과가 있다. PAC는 비쥬얼라이제이션 기능을 내부적으로 포함하고 있어 사용자 인터페이스를 쉽게 생성할 수 있다. 또한 추가 구성을 하지 않고도 시각화 기능 내에서 모든 프로그램 제어 변수들에 쉽게 접근할 수 있다. 예를 들어 웹 서버를 통해 원격 진단을 간단히 진행할 수 있으며 스마트폰이나 태블릿PC로 서버에 접속해 개별 기계의 작동 및 진단도 가능하다.
파카코리아 제공
김유식(Eddie Kim)
Parker Hannifin Automation AP
Electromechanical Business
Development Manager

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