Beckhoff, 친환경 플라스틱 포장용 열성형기[무인화기술 2016년 5월]

통합, 고정밀 측정 기술과 지속 가능한 생산

Fabri-Kal은 맞춤형 플라스틱 포장 솔루션의 제조에서 주도적인 기업이다

미국에 본사를 둔 Fabri-Kal은 음식 산업용 포장 솔루션을 생산하기 위해 환경 친화적인 플라스틱을 사용한다. 예를 들어, Greenware 제품 라인 – 컵, 뚜껑, 1인분용 그릇 및 도시락 통 – 은 전적으로 합성, 식물 기반 자연분해성의 합성수지로 만들어진다. Fabri-Kal의 생산공정은 에너지와 자원의 보존을 위해 높은 기준을 또한 충족시킨다. 이 회사의 설비는 통합 측정 기술을 탑재한 Beckhoff의 PC 기반 제어 플랫폼을 사용한다.

투명 플라스틱 컵을 생산하는 열성형기

미시간 주, 칼라마주 카운티에 위치한 본사를 포함해서, 3개의 생산 시설을 가지고 있는 Fabri-Kal은 심교형 플라스틱에 있어 미국의 시장 주도 기업들 중 하나로, 식품 산업의 주요 고객을 위한 맞춤형 포장 솔루션을 개발한다. 그들의 고객 기반은 일반적으로 요구르트, 스무디, 밀크쉐이크, 다른 여러 푸드 제품의 제조업체를 포함한다.

Fabri-Kal은 PC 기반 제어와 지속 가능한 생산에 중점을 두다

2010년, 칼라마주 공장에서 친환경 재료 및 생산 공정의 지속적인 사용으로 Fabri-Kal는 권위있는 LEED(Leadership in Energy and Environmental Design) 상을 받았다. 동시에, Fabri-Kal는 생산 공정의 효율을 개선하고 에너지 소비를 줄이는 것을 목표로 생산 시설의 제어 시스템을 점진적으로 현대화하기 시작했다. “PC 기반 제어 하드웨어와 소프트웨어의 통합은 우리에게 기술 이전 시 기존 제어 시스템과의 충돌없이 기계를 업그레이드 시킬 수 있는 유연한 방법을 제공했습니다.”라고 Fabri-Kal의 전기 엔지니어 Dale Michaels은 말한다.

Fabri-Kal는 정확하게 규정된 두께의 딥 드로잉 플라스틱 시트를 만들기 위해서 압출 성형기를 사용한다. 이 시트는 개별 딥 드로잉 기계에서 모양이 만들어진다. 압출 성형기에서, PC 기반 제어 기술은 주파수 인버터의 설정 값뿐만 아니라 온도 및 압력을 조절한다. 딥 드로잉 기계에서, TwinCAT NC가 장착된 PC 제어 플랫폼은 최종 생산물의 구성 및 분리와 함께 드로잉 장치를 조절한다. 게다가, PC 기반 자동화 기술은 공장의 전체 생산 과정을 모니터링하고 기록한다. “우리가 목표로 했던 것은 SQL 데이터베이스에서 많은 양의 데이터를 수집하고 중앙 관리하는 것과 더불어 공장의 다른 기기와 연결을 위한 유연한 연결 솔루션을 가진 다이나믹한 제어 시스템이었습니다. TwinCAT의 개방성 아키텍처 덕분에, 우리는 그것을 달성할 수 있었습니다.”라고 Dale Michaels가 열정적으로 말한다.

정확하게 규정된 두께의 조립식 플라스틱 시트로부터, 플라스틱 용기가 형성되고, 딥 드로잉 기기에서 조립된다.

고속 제어 기술이 자원을 절약하고 상품의 품질을 향상시키다

Beckhoff의 CX2030 및 CX1020 내장 PC가 Fabri-Kal 기계의 제어 하드웨어로 사용된다. “CX2030는 1.5 GHz Intel® Core™ i7 듀얼 코어CPU를 갖추고 있으며, 그런 소형 설계에서 아주 높은 성능을 제공합니다. PLC 및 모션 제어뿐만 아니라 내장 PC도 생산 과정 내내 온도와 압력을 조절합니다.”라고 Dale Michaels가 제어 아키텍처에 대해 설명합니다. 사용된 필드버스 시스템은 EtherCAT이며, 이는 마이크로 세컨드 범위의 통신속도를 가능하게 해준다. “EtherCAT이 우리 기계의 성능을 상당히 향상시켰습니다.”라고 Dale Michaels는 확신한다. “모션 제어를 위해서도, 우리는 AX5000 시리즈 EtherCAT 서보 드라이브를 점점 더 사용하고 있습니다. 이것은 우리에게 높은 속도 및 정확성 두 가지를 제공합니다.”기계의 라인을 따라 산재되어 있는 I/O 스테이션 및 드라이브는 EK1100 EtherCAT 커플러를 통해서 연결되어 있다.

정밀한 온도 제어 및 성능 모니터링이 에너지의 효율적 사용을 보장하다

정밀한 온도 제어는 고품질 플라스틱의 압출 성형에 중요한 역할을 하며, 자원 소비 및 제품의 품질에 영향을 미친다. “우리는 EtherCAT 열전대 I/O 모듈과 함께 통합 PC 기반 제어 플랫폼을 가지고 있기 때문에, 우리는 실시간으로 수집된 프로세스 데이터를 기초로 원하는 온도를 정확하게 유지할 수 있습니다.”라고 Dale Michaels는 강조한다. EtherCAT EL3403 전력 측정 단말기는 시스템이 자원을 효율적으로 사용하고 있는지 아닌지를 Fabri-Kal이 결정할 수 있도록 해주는 수많은 에너지 소비 파라미터를 기록하는데 사용된다. 그 단말기는 Fabri-Kal의 공장에 있는 변환기를 모니터링하며, 매시간 전력 소비를 기록한다.

향후에, Fabri-Kal는 에너지 소비를 더 최적화 하기 위해서 더 많은 기계에 EL3403 EtherCAT 단말기를 설치할 계획이다.

“우리의 PC- 및 EtherCAT 기반 제어 솔루션으로 성취한 성능 향상은 대량 생산 및 환경에 대한 책임이 고품질 플라스틱 포장 생산에서 상호 배타적이지 않다는 것을 인상적으로 입증합니다.”라고 Dale Michaels는 지적한다.

PC 기반 제어기와 “사물 인터넷”

Fabri-Kal의 열성형기에 PC 기반 제어기의 통합은 원격 제어 및 진단 기능을 또한 향상시켰다. “우리의 관리 및 생산 직원은 실시간으로 생산 및 시스템 데이터에 접근합니다.”라고 Dale Michaels는 설명한다. “현재 우리는 시스템 및 생산 파라미터를 훨씬 더 정확하게 추적할 수 있습니다. 그래서 손실이 큰 기기 고장 및 작업 중단 시간을 피하기 위해 필요한 조정이 미리 이루어질 수 있습니다.”라고 Dale Michaels 이 PC 기반 제어의 부가가치에 대한 다른 예를 든다.

“많은 기술 회사들은 현재 ‘사물 인터넷’ 및 ‘Industry 4.0’의 의미에서 ‘연계 기업’에 관한 대책을 구현하고 있습니다. 저의 관점에서, PC 기반 제어 솔루션을 구현함으로써, 우리는 트렌드 측면에서뿐만 아니라 회사의 결과에 긍정적인 영향을 미치는 가시적인 성공의 측면에서 상당한 진전을 이루었습니다.”라고 Dale Michaels는 말한다.

회사의 프로그래밍, 시스템 성능, 데이터 수집 및 제품의 품질에 대한 성공의 관점에서, Fabri-Kal 은 자사의 다른 생산 시설에서 포장 기계의 제어 기술을 계속 현대화하고 있다. “PC 기반 자동화 플랫폼의 개방적인 아키텍처와 유연성 덕분에, 우리는 모든 제어 업그레이드를 우리의 다른 시스템에 포트 할 수 있습니다. 이는 전환을 단순화시킵니다.”라고 Dale Michaels는 만족스럽게 결론 내린다.