[A-note] Beckhoff, PC 기반 포토 캘린더 자동 제작 시스템 개발… 시간당 최대 1800장

[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 스위스 임멘제(Immensee)에 본사를 둔 Durrer Spezialmaschinen는 설계 단계부터 시운전 등에 이르기까지 다양한 특수 목적용 기계를 개발하는 회사다.

Durrer Spezialmaschinen가 Beckhoff와 함께 시간당 최대 1800장을 제작할 수 있는 포토 캘린더 자동 제작 시스템 개발을 완료했다.

Durrer Spezialmaschinen의 포토 캘린더 자동 제작 시스템은 포괄적인 모션 제어 전문 지식의 중요성을 한 눈에 알아볼 수 있게 해준다.

시스템에는 Beckhoff의 AM8000 서보 모터와 AX5000 서보 드라이브가 15.5m 길이의 시스템에 분포돼 두 개의 대형 제어 캐비닛에 자리했다.

두 부분으로 구성된 FOURCUT/WIRO 500 시스템은 인쇄 라인과 포장 또는 물류 라인 사이의 처리 단계를 자동화했다. 이전에는 수동으로 수행되는 경우가 많았다.

뛰어난 유연성으로 디지털 및 오프셋 인쇄 모두에서 다양한 용지 형식과 품질의 제품을 처리할 수 있다.

벽걸이 달력 외에도 탁상용 달력도 팔레트나 장합기에서 직접 제작이 가능하다.

특히 짧은 설치 및 교체 시간, 한두 명의 인원으로도 안정적인 시스템 운영, 시간당 1,600~1,800개 높은 캘린더 생산량이 보장된다는 뜻이다. 높은 수준의 자동화를 완성했다는 뜻이다.

시스템에는 서명지를 개별 섹션으로 카운팅하고 절단하는 FOURCUT과 구멍을 뚫고 링으로 바인딩하거나 연속적인 포장 및 물류 단계를 위해 적재하고 분류하는 전자동 WIRO 500 처리 라인도 있다.

WIRO 500은 포토 캘린더 조립용으로 특별히 설계했다. 특히 개인 포토 캘린더와 홍보 및 경품 부문 모두에서 대량 생산, 맞춤형 소량 생산, 특수 제품 디자인에 대한 수요 증가에 대응하기 위한 것이다.

정교한 동작과 높은 품질

AX5000 서보 드라이브와 AM8000 서보 모터를 통해 구현된 총 93개 축이 정교한 공정 순서를 담당한다. 디지털 I/O를 통해 수집기를 통합하고 PROFINET을 통해 SCARA 로봇이 통합된다.

아울러 다양한 테스트 및 모니터링 기능이 있어 높은 수준의 품질을 보장한다.

예를 들면 다양한 프레스에서 받은 인쇄 이미지의 편차를 보정한다. 이 모든 과정은 Beckhoff가 제공하는 PC 기반 제어 기술로 자동화했다.

Durrer의 Patrick Suter 최고 기술 관리자에 따르면 광범위하고 정교하게 확장할 수 있는 제품 포트폴리오는 맞춤형 기계 제작업체에게 특히 적합하다.

그는 “PC 기반 제어 기술은 로봇이나 QR 코드 리더기, 검사 카메라 등에 필수 타사 소프트웨어를 컴퓨터에 설치하는 데에도 적합하다”면서, “11년 동안 꾸준히 Beckhoff 드라이브 기술을 사용해 왔는데, 그 이유는 Beckhoff 드라이브 기술이 통일되고 고도로 조정된 PLC, 모션 및 안전 시스템이라는 것이 입증됐기 때문”이라고 설명했다.

Durrer의 Nicola Ritzmann 기계 개발 책임자도 “우리 기계 특성상 안정적인 서보 드라이브와 서보 모터가 매우 중요하다”며, “시운전 중 축 요구사항이 변경되는 경우까지 포함해 지금까지 모든 축을 설정하고 모든 모션 어플리케이션을 구현할 수 있었다”고 밝혔다.

필요할 때는 언제든지 Beckhoff 스위스 지사 또는 Verl 본사의 전문가에게 지원을 요청할 수 있었다는 것도 장점으로 언급했다.

이어 그는 “Beckhoff는 수많은 펑션 블록을 사용해 소프트웨어를 지속적으로 개발하기 때문에 구현하는 과정도 간편했다”며, “새로운 보드 선도를 사용해 마스터-슬레이브 네트워크에서 까다로운 축도 완벽하게 최적화할 수 있었다”고 덧붙였다.

또 그는 “Beckhoff 드라이브 기술이 제공하는 원 케이블 기술(OCT)을 사용하면 케이블 배선이 적고 드래그 체인도 작아 전반적으로 자재 절감은 물론, 조립 시간까지 단축해 비용을 절감할 수 있었다”고 강조했다.

초소형 산업용 통신 PC 선택

Durrer는 모듈식 기계 제작 방식에 따라 EAP 프로토콜을 통해 서로 통신하는 여러 대 Beckhoff 컴퓨터를 사용해 FOURCUT/WIRO 500을 제어한다.

Patrick Suter 최고 기술 관리자는 “초소형 산업용 PC를 선정한 이유는 완벽하게 확장 가능한 컴퓨팅 성능, 콤팩트한 디자인, 다양한 통신 인터페이스를 갖추었기 때문”이라며, “PC에는 FOURCUT과 WIRO 500용으로 각각 C6030이 하나씩 있고, 옵션 전송 모듈과 상위 고객 시스템과의 OPC UA 통신용으로 각각 C6015가 하나씩 있다”고 설명했다.

Patrick Suter는 PC 기반 제어와 관련된 통신 기술에 대해 “EtherCAT을 사용하면 토폴로지의 자유로움 덕분에 기계에 완벽하게 맞춤화된 간단한 필드버스 아키텍처를 만들 수 있다”며, “또 EtherCAT 지원 인코더와 같은 수많은 타사 구성 요소를 네트워크에 직접 통합할 수도 있다”고 설명했다.

이어 그는 “포괄적이고 신뢰할 수 있는 데이터 수집은 실제 예측 유지보수를 위한 기반”이라며, “예를 들어 결함을 신속하게 찾아 수정하고 데이터를 평가해 다양한 결함이 기계 정지 기간에 미치는 영향을 평가할 수 있다”고 덧붙였다.

한편 필수적인 안전 기능 역시 Safety over EtherCAT, EL6910 TwinSAFE Logic 및 기타 TwinSAFE 터미널이나 박스 모듈, 그리고 AX5805 TwinSAFE 드라이브 옵션 카드(SOS, SS1, SS2, SLS)를 통해 시스템에 통합된다.

TwinCAT SW, 옵션으로 손쉬운 동작 설계

산업용PC와 마찬가지로 Beckhoff TwinCAT 소프트웨어 역시 자동화 시스템의 핵심 요소다.

Patrick Suter는 “모든 기계 시퀀스는 TwinCAT 3 PLC/NC PTP로 프로그래밍했다”며, “우리는 NC축을 PLC에 매우 쉽게 통합할 수 있다는 사실에 매우 깊은 감명을 받았다”고 설명했다.

실제 TwinCAT 3 모션 펑션 블록에는 해당 기능의 동작을 설계할 수 있는 거의 무한대의 간단한 옵션이 있다. 대표적인 예로 마스터-슬레이브 조합, 오버라이드, 전자 기어링, NC 가이드 축을 CST 모드(토크 제어)로 전환하는 MC_TorqueControl, 상대적으로 중첩된 동작을 위한 MC_MoveSuperImposed 등을 들 수 있다.

Nicola Ritzmann 기계 개발 책임자는 PC 기반 제어의 기술적 성능 외 높은 품질의 중요성도 강조했다. 그는 “Beckhoff의 제어 및 드라이브 기술은 시스템 정지가 거의 발생하지 않았다”며, “원활한 시스템 운영을 보장할 뿐만 아니라 프로젝트 엔지니어링 단계에서도 도움이 됐다”고 설명했다.