Beckhoff, TwinCAT은 효율적인 기계공학 및 고성능 유리가공을 가능하게 한다 [무인화기술 2016년 9월]

소형의 고 정밀 유리 절단기

세계적인 기계 제조업체 LiSEC의 주된 목적은 독립형 시스템 또는 시스템 모듈처럼 쉽게 적응하고 각각의 응용 프로그램에 파라미터화 될 수 있는 다기능, 즉 다목적 기계를 생산하는 것이다. 이것은 확장성이 뛰어난 제어 및 유연한 기술을 위하여 PC 기반 제어를 필요로 한다. 유리 절단기인 ‘베이스 컷(base Cut)’이 명확히 보여주는 것처럼 매우 콤팩트하며 정밀한 기계가공 처리를 용이하게 한다.

LiSEC의 콤팩트한 평판 유리 절단 시스템인 “베이스 컷(base Cut)”은 직선 및 모양 컷에서 고 정밀 및 낮은 절단공차가 가능하다.

베이스 컷(base Cut)으로 2.3 내지 19mm 두께뿐만 아니라, 3.7x2.6m 및 향후에는 6.0x3.3m 유리판이 어플리케이션에 따라 가공될 수 있다.

자이텐슈테텐에 본사를 둔 오스트리아 회사 LiSEC Maschinenbau는 50여 년 동안 평면 유리 가공을 전문으로 하고 있다. 그들의 포트폴리오는 유리절삭 시스템에서 유리모서리의 스무딩 및 그라인딩을 위한 기술과 같은 유리가공 및 단열유리 생산라인에 이른다. 최근 몇 년 동안 LiSEC은 별도의 유리가공 부서를 통해 보완적인 오퍼레이터 전문성을 갖추며, 자동화 시스템 공급업체로서 선도적인 위치를 강화해 오고 있다. 다른 특징은 인더스트리 4.0의 구조로 개발된 ‘투명생산’뿐만 아니라, Beckhoff 소프트웨어인 TwinCAT의 ADS 통신을 통해 연결된 별도의 소프트웨어 프로그램으로 생산계획 및 최적화 또는 주문입력 및 재고관리를 한다.

확장 가능한 제어 기술은 기계 제작을 단순화한다.

Beckhoff의 PC 기반 제어 기술은 LiSEC에게 많은 장점을 가져다 주었다고 LiSEC의 자동화 책임자 Markus Schoisswohl 박사는 설명한다. “HMI 시스템 (Visualization)은 어쨌든 하나의 디바이스를 필요로 하기 때문에 PC를 컨트롤러로 사용하는 것은 당연한 결정이였습니다. 게다가 PC 제어는 우수한 확장성 및 유연성의 장점이 있습니다. 이것은 경제적인 이점을 가지고 기계 자동화를 구현할 수 있게 해주기 때문에 우리에게 매우 중요합니다. 마지막으로, 우리의 시스템은 제어 기술의 관점에서 가능한 최상의 지원과 다양한 구성 옵션을 제공합니다. 또한 TwinCAT은 다시 프로그래밍해야 하는 경우 없이, 새로운 시스템을 쉽게 최신 소프트웨어 버전으로 업데이트 할 수 있습니다.”

LiSEC의 L1 (PLC) 및 L2 (Visualization) 책임자인 Andreas Rohrweck는 또 다른 장점인 확장성에 관하여 언급한다. “프로세서가 다른 시스템과 매우 유사하다는 것은 동일한 제어 프로그램으로 더 효율적일 수 있다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 새로운 유리 절삭기인 베이스 컷(base CUT) 은 기본 기능을 갖춘 독립형 기계로서 시스템 네트워크에서 최고급 시스템과 같은 제어 프로그램을 사용합니다. 이는 Beckhoff 솔루션을 사용하여 Beckhoff의 드라이브 기술뿐만 아니라 소프트웨어 면에서 훌륭하게 확장될 수 있습니다. TwinCAT System Manager는 프로그램 변수와 하드웨어 구성 연결에 대하여 이상적인 지원을 제공합니다.”

Markus Schoisswohl 박사에 따르면 속도 및 개방성이 PC 제어의 중요한 특징이다. “우리 분야의 증가하는 현대화로 인해 고급 자동화 시스템에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 우리에게 유연한 솔루션은 여러 종류의 네트워크를 포함하고 있는 전체 통신을 위해 매우 중요합니다. EtherCAT 산업용 이더넷 시스템은 통신 업무 및 시스템 간의 실시간 데이터 전송의 전달 기능을 처리합니다. 예를 들어, TCP/IP를 통한 클라이언트-서버 기술에 의해 비시간 임계 데이터는 더 높은 수준의 라인 코디네이터에 전송됩니다”라고 Andreas Rohrweck는 덧붙여 말한다. “우리에게 EtherCAT의 속도는 모션 제어 분야에서 도움이 됩니다. 예를 들어, 유리 가장자리의 CNC 가공에서 높은 요구사항을 충족시키기 위해 서보 축은 1ms 주기로 작동합니다. 이것은 매우 다이나믹한 제어를 용이하게 하는 TwinCAT NC I 소프트웨어에 의해 지원됩니다.”

강력한 제어 및 드라이브 기술은 각각의 움직임에 필요한 고정밀도를 제공한다. “상대적으로 덜 중요한 단일 축 위치 결정 작업 즉, 단순한 지점 간의 움직임으로 시작해서 CNC 환경에서 작동되는 복잡한 공작 기계까지 공정단계 및 기계에 관한 넓은 분포범위가 있습니다. 공정에서 연삭, 구멍 뚫기 또는 분쇄는 유리 절단보다 훨씬 더 높은 정밀도를 필요로 합니다. 예를 들어, 0.2mm의 절단 공차는 베이스 컷(base CUT)으로 충분합니다. 반면 모서리를 다듬는 기계의 경우에는 마이크로 단위의 정밀도를 요구합니다. TwinCAT NC I는 Function Block 기능을 통해 S모양의 램프 후 더 매끄러운 시작을 위한 이 모든 것들을 처리할 수 있습니다”라고 Andreas Rohrweck는 설명한다.

LiSEC의 자동화 전문가들(왼쪽부터 오른쪽으로). Gerald Eichler(절단 및 물류 부서장), Christian Hofner(Level2 Visualization부서장), Arnold Kerschner(유리가공/프레임생산부서장), Markus Schoisswohl(자동화 책임자), Andreas Rohrweck(L1 & L2 책임자) 및 Augustin Geiblinger(IGU 라인)

콤팩트한 설계 덕분에 Beckhoff의 C6930 제어 캐비닛 IPC(하단 아래)을 오퍼레이터 터미널에 직접 탑재할 수 있었으며 AM8000 서보모터(상단 왼쪽)을 공간 제한 조건하에서 절단 테이블에 배치하여 많은 공간을 절약했다.

공간 절약형 제어 구성요소를 통한 콤팩트한 기계 설계

베이스 컷(base Cut) 및 보조 축과 2-축 NC를 사용해서 PC 제어로 수행되는 작업은 다음과 같다. 테이블을 위로 기울이는 것과 같은 표준 PLC 작업뿐만 아니라 제작품의 영점 자동 검색, NC프로그램의 해당 보정으로 제작품 위치의 자동 감지, 일정치 않은 유리판의 자동 측정이 포함된다. 제어 시스템의 핵심은 Beckhoff 의 C6930 제어 캐비닛 산업용 PC (IPC)이다. Andreas Rohrweck에 따르면 C6930은 매우 컴팩트하고 견고한 설계에 아주 탁월하다. “낮은 공간 요구사항에 우리는 베이스 컷(base Cut)의 오퍼레이터 터미널에 직접 IPC를 통합합니다. 게다가 C6930는 고가용성의 SLC 플래시 메모리를 사용할 수 있는 옵션뿐만 아니라 우리의 시스템에 필요한 모든 인터페이스를 가지고 있습니다. 다양한 옵션을 통한 높은 확장성은 C6930이 우리 전체 기계에 사용되는 중대한 요소입니다.”

베이스 컷(base Cut)의 오퍼레이터 터미널이 시스템에 직접 배치되므로, LiSEC은 공간 절약형 구성요소의 중요성을 강조한다. Andreas Rohrweck 의 관점에서 컴팩트한 드라이브 기술 또한 중요한 요인이다. “X 및 Y축들은 2-채널 EtherCAT 서보 드라이브인 AX5206을 통해서 공동으로 제어됩니다. 이것 외에도 Z 축에 대한 EtherCAT I/O 시스템인 EL7201 서보모터 터미널이 있습니다. 이 두 가지는 제어 캐비닛 내에 엄청난 공간을 절약해 줍니다. 더욱이 AM8000 서보모터를 연결하는 One Cable Technology (OCT)는 컴팩트한 설계를 보장하며 설치 시간을 감소시켰습니다. ‘전원 ON’, ‘비상 정지’ 및 ‘축의 안전 정지’ 기능을 베이스 컷(base Cut)에 구현시킨 TwinSAFE 터미널, AX5801 TwinSAFE 드라이브 옵션 카드 및Safety over EtherCAT 프로토콜을 통해 PC 제어 아키텍처에 직접 통합된 안전 엔지니어링에서도 마찬가지입니다.”

AX5206 2 채널 서보 드라이브는 또한 콤팩트한 기계설계에 기여한다.

TwinSAFE 터미널(왼쪽) 및 EL7201 서보모터 EtherCAT 터미널(오른쪽)을 사용하여 초소형 안전 및 드라이브 기술은 제어시스템에 매끄럽게 통합 될 수 있다.

높은 컴퓨팅 성능 및 온라인 변경의 장점

높은 컴퓨팅 성능 덕분에IPC C6930는 동시에 여러 런타임을 처리할 수 있다. Andreas Rohrweck는 설명한다. “모든 LiSEC의 기계들처럼 베이스 컷(base Cut)의 기본 시스템은 업그레이드 및 네트워크화 될 수 있습니다. 예를 들어, 절단 테이블은 다운스트림 유리 분쇄 시스템에 의해 확장될 수 있습니다. 이것을 위하여 최대 두 개의 추가 런타임이 베이스 컷(base Cut)의 C6930에서 사용 될 수 있습니다. 따라서 약간의 사용자 개입만을 요구하는 추가 시스템은 별도의 IPC를 필요로 하지 않습니다. 이것은 크로스 컨트롤러 및 고가의 축 동기화를 제거해주는 동시에 비용 및 엔지니어링 시간을 단축시킵니다.”

Markus Schoisswohl 박사에게 있어서 TwinCAT을 통해 처음 구현된 온라인 변경 기능은 필수불가결한 것이다. “즉석에서 새로운 프로그램을 컨트롤러에 넣을 수 있는 기능은 우리에게, 특히 대형 처리 시스템에 대단히 중요합니다. 이는 시스템의 원격 유지보수뿐만 아니라 기계의 프로토타이핑 및 조정을 훨씬 쉽게 해줍니다. 이것은 생산 중단 없이 프로그램 업데이트의 혜택을 누릴 수 있으므로 최종 고객에게 특히 큰 장점입니다.”

기본 시스템에서 전체 시스템까지 보편적인 제어 철학

1999년부터 LiSEC은 자사의 유리 가공 분야뿐만 아니라 일련의 기계 및 시스템 분야에서도Beckhoff의 PC 기반 제어 및 드라이브 기술에 지속적으로 의존해 오고 있다. 예를 들어, 오스트리아 Hausmening 공장에서 모든 기계 및 주변 장치들은 고객들이 사용하기 전에 자체 생산을 통해 철저하게 검증되고 있다.

한 가지 예는 평면 유리의 직선 및 모양 컷을 위한 기본 독립형 시스템으로 설계된 유리 절단 테이블, 베이스 컷(base Cut)이다. 두 모델 중 더 작은 것은 약 4.6m 길이, 3.2m 폭 그리고 1.4m 높이이다. 이 기계는 기울일 수 있으며 정지 위치에서 사용되는 컷팅 브릿지 및 거대한 강철 프레임을 가지고 있다. 3.7 x 2.6m 유리판뿐만 아니라 두께가 2.3 내지 19mm인 유리판도 가공 될 수 있다. 향후에는 6.0 x 3.3 m 유리판을 가공하는 것도 가능할 것이다. X 및 Y 방향에서 수동 삽입된 유리판의 위치는 자동으로 기록되고, 필요하다면 베어링 판이 그에 따라 자동으로 회전한다.