[FA저널 SMART FACTORY 방제일 기자] 전 세계 32개의 제조시설을 보유하고 있는 포르투갈 기업 Sodecia는 선도적인 솔루션 제공업체 및 자동차 제조업체로서의 확고한 입지를 유지하고 있다. 온타리오 주 런던에 본사를 둔 Sodecia의 GTAC(Global Tech & Automation Center)는 구성요소를 제조하고 조립하는 고도로 자동화된 기계라인을 제공한다. Sodecia GTAC는 조립라인에 PC 기반 제어 기술을 사용해 저렴한 비용으로 고품질을 제공한다.

Sodeica GTAC는 벡호프의 PC 기반 제어를 기반으로 49개의 제조 라인을 구축했다. [사진=벡호프]

Sodecia GTAC는 2008년부터 BIM 조립라인에 벡호프의 PC기반 제어기를 사용해 오고 있다. 지금까지 Sodeica GTAC는 벡호프의 PC 기반 제어를 기반으로 49개의 제조 라인을 구축했으며 하나의 로봇으로 이뤄진 기계부터 20개 이상 다관절 로봇이 있는 라인까지 다양하다.

현재 실현되고 있는 21대 로봇으로 이뤄진 용접 셀은 15인치 스크린과 Intel Celeron ULV 프로세서가 장착된 CP6202 패널 PC를 사용한다.

지금까지 가장 큰 프로젝트는 지난 2015년 봄에 완성됐으며 21대의 다양한 KUKA 로봇(KR 210, KR 30 및 KR 6 시리즈)이 포함된다. 이들은 소위 BIM라 말하는 바디 프레임 및 새시 세그먼트의 조립에서 용접과 자재 취급 및 실런트 애플리케이션을 위해 사용된다. 우선 작은 샘플링의 조합이 하위 부품에 로봇으로 용접된 후 자동적으로 언로드되고 후속 단계로 이동된다. 그곳에서 여러 구성요소들이 BIM을 형성하기 위해 조립된다.

여기서부터 프로세서는 2개의 동일한 제품 파이프라인으로 분할되며 이중화(redundancy)를 생성하고 처리량을 향상시킨다. 예를 들어 다양한 센서는 모든 파스너(fastener)가 조립 부품에 정확하게 놓여 있는지 확인하기 위해 포괄적인 분석을 수행하고 그 데이터를 제어기로 보낸다. 추가 조립 단계가 끝나면 2개의 파이프라인은 하나로 합쳐지고 조립 부품은 최종 고정장치로 이동하게 된다. 이에 대해 Sodecia GTAC의 브렌트 렉스 제어시스템 콘셉트 개발자는 “우리의 현재 ‘브레드 앤 버터’ 제품은 성공적인 턴키 방식의 로봇 용접 셀 솔루션”이라 설명한다.

Panel PC는 기계의 HMI 역할을 수행함으로써 전반적인 고장 감지 및 경고를 처리하고 기계의 모든 안전 측면을 통합하는 동시에 또한 로봇-로봇의 간섭 탐지 및 OEE(Overall Equipment Effectiveness) 트래킹을 처리한다. 로봇은 KUKA의 KR C4 컨트롤러에 의해 제어된다. Sodecia GTAC 롭 레밀라드(Rob Remillard) 수석제어 엔지니어는 “TwinCAT 개발 환경 및 다양한 소프트웨어 라이브러리는 로봇으로 된 셀의 프로그래밍 시간을 크게 줄였으며 TwinCAT에서 우리는 모든 IEC 61131-3 언어로 코드 섹션을 신속하게 개발해서 실제로 사용할 수 있어 다른 플랫폼으로는 이것이 쉽지 않다”고 설명한다.

벡호프의 캘빈 월러스 지역 판매 관리자, 존 바이스마 제어 전문가, 롭 레밀라드 수석 제어 엔지니어, 브랜드 렉스 토니올로 제어 시스템 콘셉트 개발자 (사진 왼쪽부터) [사진=벡호프]

EtherCAT은 애플리케이션에서 중요한 요소이다. 고속 통신 시스템은 모든 로봇의 통신과 I/O 및 안전 기능을 TwinSAFE I/O 터미널을 통해 처리한다. 또한 총 228개의 안전 디바이스는 TwinSAFT를 통해 라인에 통합된다.

벡호프 캐나다의 캘빈 월라스(Calvin Wallace) 지역 판매 매니저는 “이 안전 개념의 모듈성 및 확장성은 Sodecia GTAC에게 큰 장점이며 이런 식으로 우리의 안전 구성은 많이 바뀌지 않는다”고 덧붙이며, “우리는 이런 경우처럼 하나의 로봇으로 된 기계 또는 21개의 로봇으로 이뤄진 하나의 시스템을 디자인하며 사전 구축된 프레임워크에서 필요없는 섹션을 제거하기만 하면 되지만 기본 가능성은 그대로 유지된다”고 설명했다.

Sodecia는 심지어 로봇 프로그래밍이 교육 및 프로그램 검증 절차 동안 TwinSAFE는 로봇-로봇의 로크아웃(lockout)을 처리한다. 로봇기술이 로봇을 조종한다면 오퍼레이팅 공간으로 이동할 수 있는 다른 모든 로봇들은 E-stop 신호 손실로 로크아웃(lockout)되며 활성화된 스위치는 TwinSAFE에서 모두 모니터링 된다.

Sodecia GTAC의 로봇 조립라인의 각 주요 자동화된 구성요소는 다른 안전 장비와의 통신장비뿐 아니라 Safety I/O의 프로세싱을 처리하기 위해 EL6900 TwinSAFE 로직 터미널 및 EL1940, EL2904 디지털 입출력과 연결돼 있다.

EL6900은 안전한 통신을 위한 마스터 역할을 하며 Safety I/O 데이터를 평가한다. 통합 안전 기능은 E-stop, 기계 모니터링, “AND”와 “OR” 기능 및 디커플러를 포함한다. AX5103 EtherCAT Servo Drive에 통합된 TwinSAFE 옵션 카드는 용접 장비의 안전한 작동을 보장하기 위한 STO(Safe Torque Off) 및 SS2(Safe Stop 2)와 같은 모션 안전기능을 특징으로 한다. 추가 안전은 기계 이니시에이션(initiation)을 위한 two-hand 기능에 의해 제공된다.

IP 20 등급 EtherCAT 터미널과 더불어 IP 67 보호등급을 갖춘 기계 장착형 EtherCAT Box I/O 모듈은 조립 라인 전반에도 사용된다. 예를 들어 EP1908 TwinSAFE Box는 각 안전 게이트 입구의 스위치 플레이트에 추가적인 안전 연결을 제공한다. 다양한 EtherCAT Box 모듈은 또한 비 안전 기술 설정에서 측정 디바이스뿐만 아니라 센서, 실린더, 공기압 스위치, 솔레노이드 밸브를 연결하는데 사용한다.

토니오로는 “IP 67 Box 모듈의 장점으로는 캐비닛 요구사항 감소, 간단한 탑재 및 배선 작업, 물리적으로 뛰어난 내구성 등이 있다”고 덧붙인다. 또한 모든 신호 상태 표시기가 잘 보이므로 EtherCAT Box 모듈의 통신 상태를 현장에서 쉽게 진단할 수 있다.

EtherCAT은 또한 모든 관련 진단 기능을 구현할 수 있게 해준다. 일례로 EtherCAT의 정보를 바탕으로 라인에서 정확한 케이블까지 케이블 손상을 구분해 HMI에서 깜빡임을 감지한다. 마찬가지로 TwinSAFE의 개방성 및 호환성 덕분에 동일한 진단 기능을 가진 다른 제조업체의 EtherCAT 슬레이브를 쉽게 통합하고 모니터링할 수 있다. 잠재적 진단 기능을 피상적으로 다루고 있기 때문에 EtherCAT으로 발전시킬 수 있는 가능성은 광대하다.

예상치 못한 다운타임은 어떤 제조 환경에서도 환영받을 수 없다. 자동차 산업에서 다운타임은 특히 두드러진다. 새로운 PC제어 제조 라인은 50초미만의 평균 사이클 타임을 달상했다. 시간당 72개, 연간 최대 355,000개의 복잡한 부품을 생산할 수 있다.

PC기반 제어 및 EtherCAT의 고유한 기능 덕분에 Sodecia GTAC는 시장 출시 시간을 크게 단축할 수 있었다. 기존 제어기를 기반으로 한 개 또는 두 개의 로봇으로 이뤄진 시스템의 PLC 구성 및 프로그래밍은 이랍ㄴ적으로 최대 2개월이 소요된다.

TwinCAT 사용을 통해 이 프레임은 2주로 줄어들었고 제어를 위한 시운전 시간 또한 최소 50% 줄어들었다. 현재 21대의 로봇으로 구성된 프로젝트에서 생산라인 설치, 로봇의 티치-인, PLC 프로그래밍 rmlfrh 최종 고객을 위한 첫 번째 시험 부품의 시운전 및 생산가지 약 2개월이 걸렸다.

이에 대해 토니올로는 “지속성 및 신뢰성에 대한 강력한 신호로 Sodecia는 2008년부터 동일한 CP6202 Panel PC종류를 제공했다”며 “Sodecia GTAC는 벡호프의 새로운 멀티터치 Panel PC를 조만간 표준화해 조립 라인에 향상된 HMI 기술과 기능을 통합하고 TwinCAT3을 이용해 제어 프로그래밍을 발전시켜 자동화 기술과 정보기술의 융합을 보다 잘 활용할 수 있게 될 것이다”라고 강조했다.

[방제일 기자 (fa@infothe.com)]

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