[FA저널 SMART FACTORY 박규찬 기자] 오늘날 다양한 범위의 설계를 적용한 패널 및 바닥재 제작 시스템을 구축하는데 있어 창의성은 중요한 덕목이다. 시스템 요구사항을 현실화하는데 있어 혁신적인 개념들이 요구된다. 독일 남서부 지역의 한 장비 제조업체는 기계 설비 구축에 있어 한 글로벌 협력업체의 현대식 시스템 기술을 활용하고 있다.

지멘스 제공

샌드빅(Sandvik)사는 제품의 품질, 그리고 무엇보다도 시스템 통합에 가장 주안점을 둔다. 그 이유는 이를 통해 엔지니어링 간소화, 유연성, 가용성, 에너지 관리 등 많은 혜택을 누릴 수 있기 때문이다.

고객들을 위한 견본품 사전 제작 테스트
Sandvik TPS 컴포지트 솔루션은 더블 벨트 프레스, 정밀 산란 시스템과 관련 장비 제조 부문에서 세계 일류 업체로서 스웨덴 샌드빅 그룹의 기대를 받고 있다. 이 업체에서 개발 제조된 기계류와 시스템은 독일 슈투트가르트 인근 괴핑겐에서 전 세계의 고객사들에게 판매되고 있으며 정비 서비스도 함께 제공되고 있다. 샌드빅의 마티아스 클라인한스 전무는 “이것이 바로 신뢰할 수 있는 시스템 솔루션에 우리가 최우선을 두는 이유”라고 강조했다.

지난 2016년 봄부터 고객사들은 샌드빅의 사내 기술 센터에 전시된 각종 현대적인 시스템을 단지 눈으로 보는 것에만 그치지 않고, 직접 견본품도 제작해 볼 수 있을 전망이다. 고객들은 본격적인 제품 발주에 앞서 견본품 제작을 사전에 시연함으로써 파티클 보드(PB)나 다층 바닥 마감재 제조 시스템의 훌륭한 품질을 직접 테스트 해 볼 수 있다.

샌드빅의 프랑크 호프마이어 공장 매니저는 “우리 시스템의 경쟁력에 있어 중요한 요인은 최고 수준의 수행 능력과 더불어 바로 고도의 유연성”이라며, “이를 통해 완벽을 추구하는 고객들의 요구에 부응할 수 있다”고 밝혔다. 샌드빅사는 새로운 열가류 방식의 더블 벨트 시스템을 개발해 2015년 말 시험 가동에 들어갔다. 모듈형 구조와 기능 개선으로 인해 이 시스템은 기술적, 상업적 측면에서 이전 시스템을 대체할 수 있는 대안으로 부상하고 있다.

이 시스템에는 회전식 테플론 벨트가 장착돼 있어서 필수 압력 수준이 20톤으로 줄어들기 때문에 기존 시스템에 비해 투자비용이 훨씬 절감된다는 장점이 있다. 괴핑겐 기술 센터에 있는 시스템의 길이는 약 30미터이며, 확장 하부 벨트 상에 위치한 모든 종류의 산란 코팅, 열처리 영역, 압축 영역, 냉각 영역의 네 부분으로 구성된다.

사용되는 소재에 따라 차이가 있지만 산출 속도는 분당 0.5~2m 정도다. 샌드빅의 기술 센터 베른하르트 포이츠 센터장은 “실제와 같은 조건에서 어떤 부분이 가능한지 고객들에게 보여줄 수 있다”며, “이후 고객과 협의를 통해 향후 제품 양산을 위한 이상적인 시스템을 설계하게 된다”고 설명했다.

다재 다능한 이상적 솔루션, 초소형 스타터
샌드빅의 사내 전문가들은 이상적인 통합 시스템 솔루션을 추구한다. 이들이 TIA(Totally Integrated Automation) 솔루션에서 해법을 찾은 이유다. 이 솔루션에는 모터 스타터에서 시스템 제어 장비에 이르기까지 모든 주요 부품에 전부 지멘스가 납품한 부품만 사용한다. 가령 더블 벨트 프레스 제품의 펌프와 팬 드라이브에는 20가지 이상의 Sirius 3RA6 초소형 스타터가 사용되고 있다. 45mm의 폭(직입 스타터)의 경우 정격 전류가 32A 이하인 모터의 기동이 다섯 가지 버전으로만 가능해졌다.

이 모두 광범위한 전류 설정 기능이 지원되기 때문에 가능한 것이다. 샌드빅의 프랑크 도샤디즈 전기 공학 담당 부서 직원은 “이 시스템에는 하나의 단일 버전만 있어도 되고 통상적으로 두 버전으로 운영한다”며, “덕분에 전체적인 엔지니어링 프로세스와 저장 공간 관리가 상당히 간소화됐다”고 말했다.

특히 동시에 제어 캐비넷 내부 공간을 상당 부분 절약할 수 있으며, 이는 캐비넷 파티션 전체 구성에 긍정적인 영향을 미친다. 도샤디즈는 초소형 스타터의 배선 작업에 소요되는 시간 역시 상당부분 절감된다고 강조했다. 그의 동료 랄프 바우디쉬는 스프링 작용식 터미널의 긍정적인 점에 대해 “이 시스템을 사용하면 와이어 엔드 페룰이 필요 없고 나사형 터미널처럼 연결 부위를 조일 필요도 없어 시간은 절약하고 품질은 더 높일 수 있다”고 설명했다.

이는 시스템 통합의 또 한 가지 장점으로써 지멘스는 Sirius 모듈형 시스템 전체에 스프링 작용식 터미널을 장착했다. 그 결과 메인 회로와 제어 회로의 결합과 분해가 훨씬 간편해졌으며 정비가 필요한 경우 즉각적인 장치 교체가 가능해졌다. 탈부착형 터미널을 떼어낸 후 초소형 스타터를 제거하고 동일한 방법으로 새 장치를 설치한다. 장치 설치 이전에 장치 앞부분에서 수동으로 전류 값만 조절하면 된다.

가용성 증대는 진단 옵션 덕분
Sirius 3RA6 초소형 스타터 전면부에는 주요 접점 부분의 수명이 다 했음을 표시해 주는 화면이 있다. 수명 표시 기능은 정비 관점에서 볼 때 큰 이점이며, 과부하나 단락으로 인한 전원 차단 발생시 이를 별도로 감지할 수 있는 기능도 마찬가지다.

또한 상위 레벨 컨트롤러의 해당 신호를 감지하는 목적의 통합 보조 스위치도 빼놓을 수 없다. 열가류 시스템에서 모터용 스타터에서 전달되는 신호는 Simatic ET 200SP 분산 I/O를 통해 처리된다. 이렇게 처리된 신호는 Profinet 혹은 Profisafe에 의해 fail-safe Simatic S7-1500 컨트롤러로 전달된다.

또한 표준 모듈과 fail-safe 모듈의 자유로운 결합 능력을 통해 안전 시스템과 장비의 통합이 용이해졌다. 이러한 명확한 구조를 통해 신호는 병렬 배선 대신 IO 링크의 지원을 통해 세 개의 표준 케이블을 타고 전송된다. 초소형 스타터(정·역 스타터와 직입 스타터)의 경우 네 개의 기기까지 연결이 가능하며, 표준화된 IO-Link 연결을 통해 ET 200SP의 IO 링크 마스터 포트로 편리하게 연결이 가능하다.

최대 16기의 스타터를 IO-Link 마스터의 4개의 포트에 연결해 운전이 가능하다. 그 결과 진단 정보가 한층 더 정교해졌으며, 그냥 단순한 고장 메시지가 아니라 단락 현상, 교체 시기, 종료 위치 등의 정보를 보다 더 구체적으로 확인할 수 있다. 프랑크 도샤디즈는 “요즘 이러한 대안적 연결 방식을 지원하는 일련의 장치들이 나와 있으며 향후 활용 여부를 당연히 고려할 것”이라고 강조했다.

IO-Link의 진단 옵션을 활용할 수 있는 가장 손쉬운 방법은 지멘스 ‘TIA Portal’ 엔지니어링 프레임워크의 상응하는 진단 블록을 활용하는 것이다. 즉, 진단에 필요한 추가적인 프로그래밍 작업을 할 필요가 없다.

Sandvik TPS의 전문가들은 새로운 테스트 설비에서 이 소프트웨어를 처음으로 사용해 본 결과 이 소프트웨어의 장점은 Sirius 모듈형 시스템 전체를 포함하고 있다는 점이다. 더불어 프로그래밍, 파라미터 설정, 시각화, 산업용 제어, 안전 시스템, 드라이브까지 모두 공유 데이터베이스를 통해 하나의 단일 플랫폼으로 관리가 가능하다.

프랑크 호프마이어 매니저는 “이 고성능 소프트웨어를 통해 다수의 엔지니어링 프로세스가 간소화되고 하드웨어 쪽 시스템 통합의 밑바탕이 된다”며, “전 세계의 고객사들은 이 두 가지 측면으로 인해 혜택을 보고 있다”고 말했다.

에너지 관리를 위한 전류 측정의 단순화
또 하나의 관련 주제는 에너지 효율성이다. 독일 괴핑겐에 있는 시스템 같이 산발적으로 사용하는 테스트 시스템의 경우 그 필요성이 절실하지 않지만, 계속 사용하는 처리 시스템의 경우 에너지 효율성은 매우 중요한 측면이다.

예를 들면 에너지 효율 지침 2012/27/EU의 부분적 이행에 관련된 새 법은 일정 규모 이상의 기업들이 매 분기별로 정기적인 에너지 감사를 받도록 규정하고 있다. 감사에 대한 대안으로 ISO 50001에 따른 에너지 관리 체제를 구현할 수 있다. 이러한 규제로 인해 제조업체들과 사용자들은 에너지 소비 데이터를 시스템 상에서 캡처해야 할 부담에 직면하게 됐다.

지멘스는 고객사들이 규제당국의 이러한 요구사항을 만족시킬 수 있도록 지원하기 위해 초소형 스타터와 모터 사이에 간편하게 연결해서 사용할 수 있는 Sirius 3RR2 모니터링 릴레이를 제공하고 있다. IO-Link를 통해 해당 값들을 컨트롤러에서 쉽게 판독하고 추가적인 처리도 가능하다.

3VA2 배선용차단기의 경우도 마찬가지로 산업 시스템의 주 회로 차단기로 활용이 가능하며 별도의 배선 작업이나 변류기 활용이 필요 없는 통합 전류측정 기능이 탑재돼 있다. ‘에너지 미터’ 모듈은 ET 200SP에도 제공되는 추가적인 에너지 관리 솔루션이다. 이 솔루션을 통해 전압의 직접적인 측정이 가능하며 전류는 별도의 변류기를 통해 기록된다. 이러한 몇 가지 사례를 통해서 시스템 통합이 에너지 관리 시스템의 구현 혹은 개조에 도움이 됨을 알 수 있다. 또한 데이터 분석이 가능하며 분석 결과는 지멘스 Simatic b.data와 같이 타 시스템에 명확하게 표시된다.

시스템 통합은 성공의 원동력
샌드빅의 마티아스 클라인한스 전무는 “우리는 규격화된 상용 시스템을 그대로 고객에게 판매하지 않으며 고객의 요구사항에 맞게 맞춤형으로 제공된다”고 설명했다. Sandvik TPS의 괴핑겐 주 제조공장에 신규 수립된 기술 센터를 통해 프로세스와 생산의 관점에서 어떤 부분들이 현실화 가능한지 알 수 있다. 시스템 제조업체 샌드빅은 시스템에 최신 기술을 장착하고 있으며 시스템 통합에 상당한 주안점을 두고 있다.

광범위한 종류의 소재로 만들어진 패널과 바닥재의 제조를 위한 테플론 벨트를 장착한 새 더블 벨트 프레스 장비를 예로 한번 들어보자. 이 장비를 통해 시스템 통합은 개별적인 솔루션 개념을 현실화하기 위한 기술적 범위를 넓혀주는 동시에 글로벌 서비스를 포함한 비용 효율적인 솔루션 전반의 제작을 가능하게 해줌을 알 수 있다.

Sirius 3RA6 초소형 스타터처럼 언뜻 보기에는 그다지 화려해 보이지는 않은 여러 장치들이 이를 달성하는 데에 일익을 담당하며 다른 자동화 부품과 어우러져서 전체 시스템과 완벽한 조화를 이루게 된다. TIA Portal 엔지니어링 프레임워크의 지원을 통해 비용 효율적이면서, 경쟁력 있는 고가용 시스템 제조에 필요한 조건이 마련된 것이다.
FA저널 SMART FACTORY 박 규 찬 기자 (fa@infothe.com)

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