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B&R, 생산성을 높이는 안전 로직… UML을 이용한 시스템 상태의 시각화
전기 모터용 반자동 생산라인 ‘안전 로직’의 생산성 저해 문제 해결

[B&R 제공] 전기 모터 시장이 호황을 누리고 있다. 이것은 단지 현재 진행형인 전기차 트렌드 뿐만 아니라 산업 응용 부문에서 수요가 꾸준히 증가하고 있기 때문이기도 하다. risomat 사는 전기 모터용 반자동 생산라인 개발 당시에, 안전 로직의 복잡성이 생산성을 저해한다는 사실을 발견했다. 그 해결방안은 소프트웨어 모델링 언어 UML(Unified Modeling Language)을 이용한 시스템 상태의 시각화에 있다.

모터 스타터 신규 생산 라인에는 수동 작업장이 갠트리 크레인 횡단 구역에 설치돼 있어 특히 안전 로직에 복잡성을 더한다. [사진=B&R]

risomat의 관리 책임자인 휴버트 할더(Hubert Halder) 이사는 “당사의 새로운 전기 모터 스테이터 제조 콘셉트는 특허를 획득한 갠트리 크레인에 기반을 둔 것으로 이는 회전, 선회, 클램핑 및 포지셔닝 등 각종 작업대에 필수적인 기능을 제공한다”며, “자체 툴이 내장돼 가공 작업까지 수행한다. 이는 작업대의 디자인을 단순화하고 전체 작업 라인을 훨씬 더 유연하게 한다”고 신규 생산 라인의 주요 특징을 설명했다.

독일 바이엔푸르트(Baienfurt)에 본사를 둔 이 회사는 전기 모터, 발전기, 펌프, 자동차 부품, 리니어 모터 등의 제조를 위한 전문 기계설비를 제작하고 있으며, 이 특수 분야에서 유럽의 기술 선도업체에 속한다. 갠트리 크레인이 구비된 생산라인은 유연하고 효율적으로 다양한 직경과 길이를 지닌 고정자를 소량 생산하도록 설계돼 있다.

갠트리 크레인의 사용은 디자인과 기능 면에서 risomat에 많은 혜택을 가져왔다. 다만 설비의 잠재력을 십분 활용하기 위해서는 지능형 안전 솔루션이 필요했다. 할더 이사는 “이 라인들은 현재 갠트리 크레인이 제공하지 않는 프로세싱 모듈을 수동 작업대로 사용할 수 있도록 설계됐다”며, “이를 위해서는 안전구역으로 라인을 나누고, 한 구역에서 발생한 비상 정지 이벤트가 기계 전체를 멈추게 하지 않도록 갠트리 크레인의 위치를 고려해야 한다. 이것은 고객들의 입장에서 자체적으로 구현할 수 있는 해결책은 아니다”라고 말했다.

risomat는 수년 동안 B&R의 자동화 솔루션을 적용해 왔기 때문에, 프로젝트 시작부터 신규 라인의 제어장치를 B&R에서 도입하는 일이 자명했다. risomat는 기계와 안전 제어를 위한 전체 솔루션 구현을 위해 B&R 인증 파트너(Qualified Partner)를 고용했다. 그 결과 리히텐슈타인에 본사를 둔 기계설비 및 플랜트 건설부문 제어 솔루션 시스템 제조업체인 Pantec Automation이 선정됐다.

risomat의 고정자 생산라인에서 공작품과 공작품 캐리어는 갠트리 크레인을 통해 프로세스 스테이션 사이에서 운반된다. [사진=B&R]

안전 문제와 B&R의 통합 안전 기술

동적 안전구역이 우리가 직면한 유일한 문제는 아니었다고 언급한 할더 이사는 “기술적인 이유로 갠트리 크레인과 모든 가공 모듈에 자율 PLC와 안전 컨트롤러를 장착하는 것이 필요했다”며, “이는 보다 높은 수준의 안전 통신 설정을 의미한다”고 소회를 밝혔다.

한편, Pantec의 플로리안 하트만(Florian Hartmann) 프로젝트 매니저가 볼 때, 안전 통신의 문제가 실용적 해답을 지니고 있었다. 그는 “B&R은 모듈형 시스템 제작에 완전히 적합한 일체의 제어 및 안전 기술 제품군을 제공한다”며, “위계 구조를 내포하고 있어도 시스템 간의 충돌이 전혀 발생하지 않고, 모든 컴포넌트를 B&R의 Automation Studio 소프트웨어로 프로그래밍할 수 있다”고 설명했다. 이 안전 컨트롤러는 IP20 및 IP67 안전 모듈이 적용된 X20SL8100 SafeLOGIC으로 구성된다.

이 솔루션은 ‘PL e’, 또는 ‘SIL 3’ 규격을 충족한다. 크레인의 수직 및 수평 위치는 개별 스테이션에서의 처리 시 안전에 영향을 미치기 때문에 갠트리 크레인에도 두 개의 안전 축이 사용된다. 기타 안전 장비에는 라이트 커튼, 2D 레이저 스캐너 및 압력 감지 안전 매트 등이 포함된다.

동적 안전 구역의 과제

하트만과 소속팀은 안전 로직에 대한 고전적인 텍스트 기반 설명이 시스템 상태를 완전하고 투명하게 설명하기에 불충분하다는 것을 즉시 간파했다. 솔루션에 이르는 경로는 Pantec의 소프트웨어 개발자들이 동적 상태 설명과 같은 것에 정기적으로 사용하는 UML을 사용해 안전 상태를 도출하고 설명하는 아이디어에 의해 포장됐다.

UML 접근방식을 기반으로 승인된 안전 개념에서 검증된 안전 컨트롤러까지의 경로를 설명하는 3단계 안전 프로세스가 개발됐다. 이 프로세스는 안전 애플리케이션을 투명하게 개발 및 문서화를 가능하게 한다. 이미 인수과정 동안 안전 컨트롤러의 기능을 시험하고 매끄럽게 문서화할 수 있다.

비상 정지 버튼은 비상 정지 콘솔을 통해 안전 컨트롤러와 연결된다. [사진=B&R]

3단계 UML 안전 프로세스 상세정보

프로세스의 첫 번째 단계에서 전기설비 계획에 통합된 안전 컴포넌트는 UML 상의 적용 사례로 표시된다. 이어 안전 로직이 개발된다. 이를 위해 개발자는 어떤 적용 사례가 어떠한 안전 상태를 가져오는지 정의한다. 이 단계에서는 소프트웨어 개발자, 안전 책임자 및 설계자 간의 긴밀한 협력이 필요하다. 이 경우, 우선순위를 둬야 하는 것은 국지적 비상 정지 기능이 필요 이상으로 기계설비 운영 전반에 영향을 미치지 않도록 안전 상태를 정의하는 것이다.

UML 안전 프로세스의 두 번째 단계에서는 모델링된 안전 애플리케이션이 코드화되고, 인수 테스트는 사용 사례에서 직접 도출된다. 또한, 인수 테스트 대상에는 로직 외에도 모든 안전 하드웨어와 그 배선이 포함된다.

세 번째 단계에서는 인수 검사를 실시한 이후 해당 안전시스템이 안전책임자의 승인을 받게 된다. 할더 이사는 다각적인 관점에서 해당 모델을 인상 깊게 평가한다. 그는 “다른 한편으로 UML 안전 프로세스를 통해 당사는 고객에게 보다 수준 높은 기계설비 가용성을 제공할 수 있다”고 말했다.

risomat를 위한 B&R의 새로운 혁신

Pantec Automation은 UML을 사용한 안전 컨트롤러 모델링 외에도 고정자 생산라인 개발 과정에서 risomat를 위한 더욱 혁신적인 조치를 취했다. 한 가지 중요한 진일보는 완전히 모듈화된 소프트웨어 프레임워크의 개발이었다. B&R 제어 코드를 자동으로 생성할 수 있어 기계설비용 소프트웨어 개발에 필요한 시간과 노력을 대폭 줄일 수 있다. 이는 또한 B&R이 자사의 mapp 컴포넌트를 이용해 수행한 첫 번째 프로젝트였다.

 

B&R Automation PC 2100 컨트롤러로 전환함으로써 전체 시스템 성능이 향상됐다. 해당 HMI 역시 현재 B&R의 SDL3 연결 기술이 적용된 15.4인치 패널을 써서 업그레이드됐다. 또한, 기존 운영 개념은 가용성 분석 관점에서 최적화됐고 그 결과는 차세대 risomat 운전자 패널을 위한 유형 지침서에 반영됐다.

risomat 후베르트 할더(Hubert Halder) 상무(사진 왼쪽)
Pantec Engineering 플로리안 하트만(Florian Hartmann) 프로젝트 매니저

[이건오 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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