Beckhoff, 스마트 팩토리와 함께 뜨는 지능형 이송 시스템 [무인화기술 2017년 6월]

트라이텍 이명복 부장

"향후 이송시스템은 스마트 팩토리 트렌드와 맞물려, 설비의 기계적인 영역을 제어 및 소프트웨어 엔지니어링 영역으로 구현하고자 하는 시도 늘어날 것"

국내 모 포장기계 업체, XTS 도입 검토 중

-스마트 팩토리나 Industry 4.0이라는 트렌드와 맞물려 리니어이송 시스템의 수요가 확대되고 있다. 그 이유는 무엇인가?

▲스마트 팩토리와 Industry 4.0은 생산 설비의 모든 데이터를 클라우드 시스템에 수집하여 이를 분석하고 예측함으로써, 생산설비의 공정 관리와 미래에 발생할 수 있는 여러 사건들을 미리 조치하여, 생산설비의 다운타임을 줄이고 효율적으로 운영될 수 있도록 하는데 목적이 있다. 어떠한 데이터를 어떠한 방식으로 상위 클라우드 시스템에 수집하고, 어떻게 분석할 지에 대한 다양한 방법과 의견들이 있지만, 결국 이러한 노력은 고객 수요를 예측하고 대응하기 위한 것이 목적이라고 할 수 있다.
날로 증가되는 고객의 요구조건들이 다양해지고 주기 또한 매우 빠르기 때문에, 생산 공장들은 스마트 팩토리와 Industry 4.0 개념을 도입할 수 있는 설비들을 갖추고자 한다. 이런 면에서 봤을 때, 리니어 이송 시스템은 생산설비에서 가장 중요한 설비라 할 수 있다. 따라서 앞으로 시간이 지날수록 리니어 이송 시스템의 수요는 더욱 더 증가할 것으로 보인다.

-트라이텍에서 공급하고 있는 BECKHOFF사의 XTS에 대해 간단한 설명을 부탁한다.

▲BECKHOFF의 XTS나 경쟁사의 새로운 리니어이송시스템은 로터리 방식과 리니어 방식의 두 가지 드라이브의 원리의 이점을 결합한 것이 특징이다. 로터리 모터를 적용하기 어려운어플리케이션에 리니어 시스템의 이점을 활용할 수 있다.

XTS는 이동자(Mover)의 개별제어로 여러 공간에서동시에 사용할 수 있는 새로운 방식의 기능을 가능하게 하며, 이동자는 전체 경로를 자유롭게 움직일 수 있고, 이동자는 모두 독립적인 개별제어가가능하다. 또, XTS는 직선과 곡선으로 된 원형으로 구성되어 소재를 이송하기 때문에, 효율적으로 공간을 활용할수 있다.

-XTS는 어떻게 구성이 되나?

▲XTS는 네 가지 부분으로 간단하게구성이 된다. 경로 모듈 역할을 하는 모터 파트와 개별 또는 그룹으로 동작하는 이동자, 제어 소프트웨어, 산업용 PC가 그것으로, 정교한 케이블링이나 드레그체인이 필요 없으며, 위치 측정 시스템이 이미 설치되어 있다.

-XTS가 경쟁사의 리니어 이송시스템과 차별화되는 특징은 무엇인가?

▲BECKHOFF의 XTS 시스템은 구성면에서 유연하다. XTS 모듈을 보면 다양한 형태를구성할 수 있도록 여러 형태의 모듈을 제공한다. 서클을 구성할 때 완벽한 원을 구성할 수도 있으며, 타원형은 물론 공간의 여러조건들을 감안한 다양한 모양의 서클을 구성할 수 있다. 또한, 서클의 형태가 아닌 단독 모듈의 이송 시스템으로도 구성이 가능해, 유연한 시스템을 구성할 수있다.

또한, 기존 TwinCAT 시스템과 함께 사용할 수있어서, 시퀀스 기능 및 모션 제어, HMI 등 기존 제어 구성 요소와 완벽히 통합될 수 있기 때문에, 별도의 제어기가 아닌 단일시스템에서도 구동이 가능하다. 즉, 기존의 TwinCAT에서 XTS를 그대로 사용할 수 있다는 것이 장점 가운데 하나다.

-XTS는 고속 동기제어가 가능한가?

▲XTS는 운행 중 그룹으로 함께정지하거나 특정속도로 공정처리 구간을 이송할 수 있으며, 그룹제어의 크기(이동자 수량과 간격)는 유연하게 바꿀 수 있다.

XTS는 최대 속도 4m/s, 위치 정밀도 ±0.025mm, 반복 정밀도 10um 이내에서 동기제어가 가능하다. 완벽한 PC 기반 제어로 별도의 서보드라이브 및 인터페이스가 없이, 멀티코어를 활용한 최대 50us의 정주기를 제공하는 TwinCAT과, 100ns 이내의 전체 통신 네트워크 Jitter를 보장하는 EtherCAT 통신으로 완벽한 실시간 모션제어가 이루어진다.

올해 하노버 메세에서 구현된 XTS 데모. XTS가 스토보리 로봇과 연동이 되어 있다.

올해 하노버 메세에서 구현된 XTS 데모. XTS가 쿠카 로봇과 연동이 되어 있다.

-올해 하노버 메세에서도 XTS에 대한 홍보가 비중이 컸는데, 올해 데모에서도 동기제어가강조됐나?

▲리니어 이송 시스템에서동기제어는 당연한 기능이다. 올해 하노버 메세에서는 스토보리 로봇과 쿠카 로봇을 XTS와 연결한 데모를 선보였다. TwinCAT이 연결된 하나의 멀티 코어 PC로 XTS와 로봇, 시퀀스, 측정까지 커버하는 데모가구동이 됐다. 이것은 PC의 코어가 각각 XTS와 로봇, 시퀀스, 비전, 측정에 할당되어 동기제어를 하는 것을 보여주는 것이다.

-PC베이스의 시스템은 자동화엔지니어가 쉽게 접근하기가 어렵다는 지적이 있다.

▲어차피 PC 베이스도 IEC-6113 규격의 PLC 명령어를 사용하기 때문에, 개발환경은 동일하다. PLC 베이스이기 때문에 자동화엔지니어가 쉽게 접근할 수 있다는 말은 동의하기가 어렵다.

-유지보수 및 소음, 공간 활용 등의 측면에서 XTS는 어떤 장점이 있나?

▲XTS는 이동자에만 기계적 베어링을필요로 하기 때문에, 장비의 마모를 최소화할 수 있다. 또한 기계, 벨트 가이드 롤러 및 클램프가 더 이상 필요 없다. 또한 높은 위치제어 정밀성때문에, 일반적인 이송방식에서 필요한 오차 보정제어, 마모에 의한 체인의 스트레칭, 타이밍 벨트 교체가 필요하지않다. 그리고 XTS는 복귀경로뿐만 아니라 곡선 구간까지 제품이송에 활발하게 사용되기 때문에, 사용자는 설비의 내부공간을최대한 활용할 수 있다. 또한, BECKHOFF의 XTS는 고객의 요구조건을 충족하는 고객 맞춤 주문이 가능하다. XTS 시스템과 가장 많은 어플리케이션을 구현한회사로는 Hepco Motion이 대표적이다.

-타 경쟁사의 경우, 자사의 리니어 이송 시스템을사용하게 되면 제어 캐비닛 공간이 대폭 줄어든다는 점을 중요한 마케팅 포인트로 활용하고 있다. XTS의 경우에는 어떠한가?

▲XTS는 동작에 필요한 모든 기능을포함하고 있는 메카트로닉스 시스템이다. 모터 모듈 하나에는 리니어 모터와 전원공급 장치, 위치 측정 장치 등이 통합되어있으며, 산업용 PC로 제어가 된다. XTS는 케이블 하나로 제어가 되기 때문에 제어 캐비닛 공간이줄어든다는 것이 장점 가운데 하나다.

-XTS는 곡선구간에서도 제품이송이가능한가? 또, 모 경쟁업체에 곡선구간에 로봇을 설치해 곡선구간에서 동기제어를 하는 데모를 시연한 적이 있다. XTS는 곡선구간에서의 동기제어가가능한가?

▲XTS를 적용하면 외부와 복귀경로뿐만아니라 곡선구간까지 제품이송에 사용이 되기 때문에, 사용자는 장비 내부공간을 최대한 이용할 수 있다. 따라서 사용자는 하드웨어공간 절감뿐만 아니라, 고비용의 생산 공정 역시 축소할 수 있다.

또 앞서 얘기한 대로 동기제어는당연히 된다. 그러나 속도가 빠르거나 무게가 무거울수록 곡면에서 원심력이 높아져 제어에 필요한 힘이 더 많이필요하게 된다. 이것은 동기 모션 제어적인 문제가 아니라, 기구 및 힘의 문제다. 곡선부분에서속도가 빨라지거나 레일이 받는 힘이 올라가면 토크를 많이 써야 하는데, 모듈이 감당할 수 있는토크 이내에서는 동기 모션제어가 이루어진다.

-XTS는 어떤 어플리케이션에 적합한가?

▲XTS는 이송을 담당하는 이동자나기계적 가이드 레일 등을 결합하면 대부분의 어플리케이션에 적용할 수 있어서, 다양한 산업에서 다양한 방법으로사용할 수 있다. XTS 시스템은 주로 생산 제품들을 고속으로 핸들링할 수 있도록 적용할 수 있는데, 제품의 공간을 최적화 하거나이동 속도를 줄이거나 빠르게 할 수 있다. 이는 불규칙적으로 이동하는 제품을 다음 공정 장비로 보내기 전 일정한 간격을 두거나, 공정 시간을 조절할 수 있게해 준다. 또한, 무버의 협력으로 제품을 잡아 이동할 수 있거나 정교하게 조작할 수도 있다. 즉, XTS는 포장 및 조립 공정에서의소재를 고속으로 이송하거나 분류하는 어플이케이션에 적합하다.

대표적인 어플리케이션으로시리얼 인입장비를 들 수 있다. 시리얼 인입장비는 특성상 불규칙하게 들어오는 것이 있는데, 과거에는 제품이 틀려지면기구부를 다 바꿔야했지만, 이 구간을 PC로 파라미터화해서 XTS가 자유자재로 변경할 수 있다.

또 앞서 말한 대로 하드웨어적인부분에서 경로를 제품 특성에 맞게 변경할 수도 있지만, BECKHOFF가 협력하고 있는 헵코모션(Hepo Motion) 사의 시스템으로 진동과 소음이적어야 하는 어플리케이션에 커스터마이징이 가능하다.

-XTS의 글로벌 및 국내 수요현황은 어떠한가?

▲이미 글로벌적으로 XTS는 식품 포장 및 부품 이송 산업 분야에 적용이 되고 있다. 유투브를 통해 다양한 어플리케이션을 확인할 수 있다. 국내에서도 반도체 및 화학, 물류 및 포장 관련 업체로로부터 많은 관심과 문의를 받고 있는 상황이다. 현재 국내에서는 모 포장업체에서 XTS 도입 프로젝트를 진행 중에 있다.

-향후 리니어 이송 시스템의수요를 어떻게 전망하나?

▲앞에서 얘기했듯이, 리니어 이송 시스템은 스마트 팩토리 및 Industry4.0의 트렌드와 변화무쌍한 고객의 요구조건들에 대응하기 위한 가장 직접적인 단위 설비다. 또한, 리니어 이송 시스템 자체의 강점으로 인해 기계적인 요소가 대부분 줄어들고, 제어 화면에서 간편하게 조작할 수 있는 간결함을 통해, 효율성 및 생산성을 극대화할 수 있다. 무엇보다 리니어 이송 시스템은 적용 범위가 넓고 다양하다. 이로 인해 시간이 지날수록 점점 더 수요가 늘어날 것이다.

-XTS 시장 확대 전략은 무엇인가?

▲리니어 이송 시스템은 설비의기계적인 요소를 제어 시스템 영역으로 많은 부분을 옮겨왔다. 이로 인해, 제어시스템에서 고려했던 여러 가지 요소와 상이한 부분이 많다. 이는 결국, 설비의 기계적인 부분을 이해하지못하면, 리니어 이송 시스템을 산업 현장에 최적화 시키지 못하게 된다는 것이다. 이러한 어려움을 해소하기위해 다양한 어플리케이션 사례를 습득하고자 한다. 이를 통해 국내에서 적용 가능한 어플리케이션을 적극적으로 발굴하고 홍보할 예정이다. 또한, 트라이텍 사내 연구실에 XTS 실습 장비를 갖추고 있다. 관심을 가지는 모든 사람들에게 XTS 실습 장비에 대한 교육 및시연 기회를 제공하고자 한다.

현재 포장 및 반도체, 배터리 이송이 필요한 화학산업 등에 주력한 영업과 마케팅을 전개하고 있다.

-XTS의 향후 기술 업데이트 계획은어떠한가?

▲2017년 독일의 HannoverMesse에서, 다양해지는 어플리케이션 운용 능력을 뒷받침해줄 새로운 무버들과, IP69K 등급의 방진방수가 되는 스테인리스강으로제작된 XTS 레일이 출시됐다. 또 현재 XTS가 싱글코어로 운용이 되는데, 이를 멀티코어화 해서, 코어를 분리해 시스템의 성능을 향상시키고자 하는 계획이 있다. 이렇게 되면 무버나 제어제한이 적어진다.

또, 앞으로 BECKHOFF에서는 XTS의 유연한 운용을 위해 다양한회사들과 협력하여, 더 업그레이드된 XTS를 구성할 수도 있다.

새롭게 선보인 방진방수 IP69K 등급의 XTS.

-새롭게 선보인 방수 XTS의 타깃 시장은 식음료 분야인가?

▲새롭게 선보인 XTS는 IP69K 등급이라 기본적으로 방수, 방진이 된다. 그러나 음식물에 직접 적용하기위해서는 완벽한 스틸재질이 필요하다. 새로운 방수 XTS는 식음료 산업에 적용하기 위한 스틸재질의 리니어 이송 시스템이다.

XTS는 이동자(Mover)의 개별제어로 여러 공간에서 동시에 사용할 수 있는 새로운 방식의 기능을 가능하게 하며, 이동자는 전체 경로를 자유롭게 움직일 수 있고, 모두 독립적인 개별제어가 가능하다.

-스마트 팩토리나 Industry 4.0과 같은 제조 트렌드와 관련해이송 시스템의 기술이 어떠한 방향으로 전개될 것으로 예상하나?

▲2017 하노버 전시회에서 BECKHOFF는 스마트 팩토리/Industry 4.0관련 데모 시스템을 구현했다. 이 데모 시스템에서는 XTS의 리니어 이송시스템을 기반으로여러 공정들로 나누어져 있었으며, 현장의 상태(온도, 진동, 에너지 등) 데이터는 물론, 생산물의 생산량 및 장비의 운전 상황들이 실시간으로 클라우드 시스템으로 전송이 되고, 클라우드 시스템으로 전송된데이터는 분석기술을 통해 설비의 운전 상태를 분석하는데 이용되는 것을 보여줬다. 또한, 이렇게 수집된 데이터는 사용자의 VR 기기를 통해 장비의 모든운전 상태 및 생산량을 모니터링하거나 생산량 및 속도를 임의로 조절할 수 있도록 구성됐다.

이렇듯 XTS 시스템으로 구성함으로써, 기존 기계적인 이송시스템에서요구되는 별도의 모니터링 시스템을 갖출 필요 없이, XTS 시스템 자체가 생산 공정을 진행하면서, 모든 생산 데이터 및 상태를상위 상위시스템으로 전송할 수 있게 된다. 이와 같이 앞으로 이송시스템은 스마트 팩토리나 Industry 4.0의 트렌드와 맞물려, 설비의 기계적인 영역을 제어및 소프트웨어 엔지니어링 영역으로 구현하고자 하는 시도가 늘어날 것으로 예상된다.