[A-note] Beckhoff, EP7402 기반으로 Arvato 물류센터 컨베이어 전면 재구축

[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 창고 및 유통 물류 산업에서 컨베이어 기술은 기업 운영 전체의 효율성을 좌우하는 핵심 인프라다.

글로벌 물류기업 Arvato는 최근 독일 Harsewinkel 현장의 중앙 컨베이어 라인을 완전히 개조하는 프로젝트를 진행했다.

이 현장은 여러 개의 창고와 주문 피킹 구역을 연결하는 길이 250m 이상의 원형 컨베이어 라인을 중심으로 운영돼왔다.

다양한 산업 분야 고객을 대상으로 수많은 주문이 접수되고 패키징돼 배송되는 물류 허브 역할을 수행해왔다.

그러나 기존 시스템은 3상 모터 기반 롤러 드라이브 방식으로 소음이 크고 항상 모든 세그먼트가 작동하는 비효율적 구조였으며, 20년 이상 운영되면서 고장 빈도도 증가해 교체 필요성이 누적되고 있었다.

Arvato는 Beckhoff의 PC 기반 제어 기술과 EP7402 EtherCAT 박스 모듈, 그리고 One Cable Automation(OCA)을 기반으로 한 새로운 기계·전기 구조를 도입해 효율적이고 안정적인 컨베이어 시스템을 구축하기로 결정했다.

24V MDR 기반으로 재구성된 기계 구조

기존 3상 모터 구동 방식은 높은 소음과 지속적인 전력 소모라는 단점을 안고 있었다. 이를 개선하기 위해 Arvato는 먼저 모든 기존 드라이브를 24V 모터구동롤러(MDR) 방식으로 교체했다.

새로운 컨베이어 시스템은 총 186개의 EP7402 EtherCAT 박스 모듈을 통해 제어된다. 이 모듈은 MDR 컨트롤러가 통합된 IP67 등급 분산형 I/O 박스로, 세그먼트 단위의 독립적인 구동이 가능하다.

불필요하게 전체 라인을 동작할 필요없이 물류 흐름에 맞춰 필요한 구간만 효율적으로 작동하도록 구성했다.

자연스럽게 소음과 에너지 소모 모두가 자연스럽게 줄어드는 효과가 나타났다.

Budde Systems는 이번 프로젝트의 기계적 전환을 담당했으며, 컨베이어 라인을 총 125개 세그먼트로 나눠 사전 제작 및 배선된 상태로 현장에 공급했다.

모듈식 방식은 설치 시간을 크게 단축시켰고, 연결 지점 수를 최소화해 현장 조립 과정에서 오류 가능성을 줄였다.

Budde Systems는 사전 제작된 세그먼트를 현장에서 빠르게 조립할 수 있었으며, 전환 과정에서 물류 운영이 지연되지 않도록 했다.

One Cable Automation 기반의 연결 기술 적용

EP7402 EtherCAT 박스는 센서 및 MDR 연결을 위한 M8 커넥터와 전원·통신을 통합한 ENP 하이브리드 커넥터(B23)를 사용한다.

Beckhoff 시스템 엔지니어링 팀은 One Cable Automation이 제공하는 단순성과 신속성이 개조 작업의 핵심 장점이었다고 설명했다.

사전 조립된 하이브리드 케이블은 컨베이어 세그먼트간에 손쉽게 연결됐으며, 전체 시스템에는 총 27개 컨트롤 캐비닛이 분산 배치돼 롤러 드라이브에 전원을 공급하도록 구성됐다.

이러한 분산 구조는 DC 전압 강하를 최소화하기 위한 조치였으며, 실제 시운전 과정에서는 단 하나의 세그먼트에서만 PS3031 전원 공급 장치의 출력 전압을 미세하게 조정하는 정도로 안정성이 입증됐다.

각 세그먼트에는 하나 또는 두 개의 MDR과 해당 구간의 센서가 존재하며, 일부 스위치 세그먼트에는 바코드 스캐너가 부착돼 패키지 식별 기능을 수행한다.

모든 센서는 EP 박스 모듈의 I/O를 통해 신호를 기록하며, 필요할 경우 EtherCAT 분배 모듈을 사용해 추가 I/O 모듈이나 다른 EtherCAT 장치를 연결할 수 있어 높은 유연성을 유지한다.

PC 기반 제어 및 소프트웨어 마이그레이션

Arvato는 이번 현대 프로젝트에서 기존 제어 하드웨어를 Beckhoff C6030 초소형 IPC로 교체했으며, 소프트웨어 역시 TwinCAT 2에서 TwinCAT 3로 마이그레이션했다.

기존 시각화 시스템 역시 새 환경에 맞춰 조정했다.

과정에서 Arvato는 물류 운영 중단을 최소화해야 했기 때문에 프로젝트를 두 단계로 나눠 진행했다.

먼저 우선순위가 높은 컨베이어 구간을 TwinCAT 3 기반으로 전환해 운영을 재개하고, 나머지 구간은 기존 PC 기반 제어 시스템으로 유지했다.

이후 마지막 단계에서 두 시스템을 C6030 IPC 기반 단일 소프트웨어 프로젝트로 병합하는 방식으로 전환을 완료했다.

Beckhoff 엔지니어링 팀은 TwinCAT 3의 상품 변형 관리 기능이 이러한 통합 작업을 효율적으로 수행하는 데 큰 역할을 했다고 설명했다.

TwinCAT 3에는 EP 박스 모듈과의 통합을 위한 사전 정의된 데이터 구조가 포함돼 있어, 약 200개의 MDR 컨트롤러 각각에 있는 약 50개의 신호를 일관된 방식으로 매핑할 수 있었다.

Arvato가 운영 중인 일부 창고는 여전히 TwinCAT 2 기반의 제어 시스템을 사용하고 있었기 때문에, Beckhoff 엔지니어들은 TwinCAT 3의 데이터 구조를 TwinCAT 2 Function Block 형태로 재구현한 뒤 다시 TwinCAT 3으로 마이그레이션하는 작업도 수행했다.

신구 시스템간 동일한 변수 이름을 사용하게 해 업데이트 과정에서 프로그램 구성 요소를 손쉽게 교환할 수 있도록 했다.

지능형 세그먼트 운용 방식으로 향상된 컨베이어 흐름

새로운 EP7402 기반 컨베이어 시스템에서는 세그먼트의 작동 여부가 물류 흐름에 따라 자동 제어된다.

패키지가 특정 세그먼트로 접근하면 센서가 이를 감지해 해당 세그먼트가 작동을 시작하고, 보통 다음 두 개의 세그먼트가 선제적으로 작동해 이송 과정이 매끄럽게 이루어진다.

패키지가 지나간 세그먼트는 자동으로 정지해 에너지 소비를 최소화한다.

이 방식은 패키지가 컨베이어 라인을 따라 이동함에 따라 동적으로 활성 영역이 형성되는 형태로, 전체적인 에너지 효율과 이동 안정성을 크게 높인다.

새로운 방식은 패키지가 다음 컨베이어로 전달될 때 이미 목표 속도에 도달해 있기 때문에 흔들림이나 속도 변화 없이 안정적인 이송이 가능하다.

운영 안정성과 유지관리성 향상을 확인한 Arvato

새롭게 구성된 컨베이어 시스템은 운영 면에서도 긍정적인 변화를 가져왔다.

24V 기반 MDR은 이송 중 걸림이 발생했을 때 이전보다 더 안정적으로 작동해 물류 운영 중단을 최소화했고, 세그먼트별 제어와 EP 박스 모듈의 진단 기능을 통해 장애 위치와 교체가 필요한 구성 요소를 HMI에서 곧바로 파악할 수 있어 유지보수 효율이 높아졌다.

이러한 구조적 개선은 소음 감소와 에너지 절감으로도 이어져 Arvato 내부에서 높은 평가를 얻었으며, Harsewinkel 프로젝트는 Arvato 다른 센터에서도 벤치마킹할 만한 성공적인 레퍼런스로 주목받고 있다.