Beckhoff, 고정밀 제어 기술이 사출 성형기의 원료 소비를 감소시키다 [월간CONTROL 2016/11]
캐나다 플라스틱 산업의 선두주자인 Husky 사의 Injection Molding Systems은 시스템의 효율성, 품질 및 비용의 균형을 완벽히 맞추었다.
Husky는 PET 프리폼(preform) 생산을 위한 새로운 기계 세대에 이 개념을 구현했다. Husky의 글로벌 마케팅 및 커뮤니케이션 매니저인 Paul Commisso에 따르면 고객의 제안이 개발에 포함되었는데, “HyPET®HPP5는 오랫동안 계속된 HyPET®플랫폼의 입증된 기술에 기반합니다. 추가 기능을 장착함으로써 최종 사용자는 전체 생산 비용을 줄일 수 있고 동시에 프리폼(preform)의 최고 품질을 보장할 수 있습니다.”
당신이 탄산음료, 물, 차 또는 과일 주스를 선호하든 아니든 안심하고 당신의 음료를 담고 있는 플라스틱 병이 소위 ‘프리폼(preform)’에서 생을 시작했다고 가정할 수 있다. PET병들의 프리폼(preform)은 사출 성형 공정을 사용해서 병마개를 위한 나사산 목이 달린 플라스틱 시험 튜브처럼 보이게 제작이 된다. 두 번째 단계에서 프리폼(preform)은 완전한 병을 만들기 위해 늘리고 팽창시키는 블로우 성형기로 싣게 된다. PET플라스틱 병을 위한 전 세계 시장의 점유율은 캐나다 플라스틱 산업의 혁신업체인 Husky Injection Molding Systems에 기계를 사용해서 제조된 프리폼(preform)에 기초를 둔다.
Husky는 사출 성형기의 선도적인 글로벌 제조사이자 플라스틱 산업의 서비스 제공자이다. 온타리오주 볼톤에 본사를 둔 Husky는 캐나다, 미국, 중국, 룩셈부르크, 오스트리아, 스위스 및 체코에 생산 시설을 보유하고 있다. 40개 이상의 지사로 이루어진 강력한 서비스 및 판매 네트워크는 100여개 국가의 고객들을 지원한다. 광범위한 기계 포트폴리오는 병과 병 마개에서부터 의료 기술의 구성 요소에 이르는 다양한 플라스틱 제품의 제조를 가능하게 한다.
PC 기반 기계 제어의 오랜 역사
Husky는 1990년대 후반부터 수 천 개의 시스템을 사용 하는 이 분야에서 Beckhoff의 PC 기반 제어 기술을 사용하는 세계 최고 이용자 중 하나이다. “우리는 연이어 PC 제어 시스템의 한 세대를 구축했으며, Husky와 Beckhoff 사이에 15년 이상 지속적으로 신뢰할 수 있는 협력이 확립되었습니다.”라고 전기설계 팀장 Endel Mell은 말한다. 그 이외에 Husky는 이전 기계 세대를 가지고 있는 고객들이 새 기계를 구입할 필요 없이 최신 PC 기반 제어로 업그레이드 할 수 있도록 지원하는 종합적인 예비 부품 및 갱신 프로그램, ENCORE™을 개발했다.
사출 성형 분야의 주요 추세는 고품질, 즉 완성품의 우수한 기계 성능 및 낮은 단가를 보장함과 동시에 사용되는 원자재의 감소이다. “이러한 요구는 혁신적인 자동화 기술을 기반으로 고정밀 공정 제어를 통해서 구현될 수 있습니다. Husky는 최고 수준의 시스템 설계를 통해서 업계 선두를 유지하고 있습니다.”라고 개발 엔지니어링 이사 Roman Piron은 말한다. “우리는 제품 중심으로 시스템 및 자동화를 설계함으로써 전문 솔루션을 개발할 수 있습니다. 이것은 원료 사용의 효율 및 부품 품질뿐만 아니라 최상의 처리량을 보장합니다.”
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| Husky의 HyPET®HPP5는 시장에 오랫동안 존재했던 HyPET®플랫폼의 입증된 기술을 기반으로 한다. 기능 추가는 최종 사용자가 최적의 프리폼(preform) 품질을 확보하는 동시에 총 제조비용을 절감할 수 있게 한다. |
최신 멀티 코어 산업용 PC가 사출 성능을 증가시키다
전략적인 새로운 개발과 함께 Husky는 시장의 요구를 예측함으로써 고객을 만족시킨다. HyPET®HPP5에서 회사는 고객이 더 경쟁력 있는 사출 성형 공정을 실현할 때 지원할 수 있는 시스템을 제공한다. “최근에 우리는 제어 플랫폼의 훨씬 더 빠른 스캔 시간을 유지하면서 HyPET®HPP5에 추가한 새로운 소프트웨어 기능을 묶을 수 있는 멀티 코어 산업용 PC(IPC)를 사용하기 시작했습니다.”라고 Teodor Tarita-Nistor, 제어 소프트웨어 팀장은 설명한다. HyPET®HPP5의 중앙 제어 플랫폼은 TwinCAT NC PTP 자동화 소프트웨어가 설치된 Intel®Core™ i7쿼드 코어 프로세서 기반의 C6930 산업용 PC(IPC)이다. C6930은 PLC, 모션 제어, 계측 기술, 보조 장치와의 통신 및 모든 HMI 기능을 포함하는 전체 시스템을 구동한다.
선도적인 기술 공급자로서의 시장 지위를 유지하기 위해서 Husky는 기계의 지적 재산권(IP) 특히 소프트웨어의 모든 영역을 보호하기 위해 신경을 많이 쓴다. TwinCAT 소프트웨어를 사용해서 Husky는 모션 제어 및 유압 제어를 위한 다양한 소프트웨어 라이브러리를 만들었다. “HyPET®HPP5에서 우리는 다른 코어는 HMI 소프트웨어를 위해 남겨두고 하나의 프로세서 코어로 PLC를 실행합니다. 이는 생산 공정의 전체적인 제어 품질을 최적화하는 동시에 I/O 신호의 샘플링 시간을 줄이는데 도움을 줍니다. 각 모션 축의 실시간 제어 기능 및 반복성은 완제품의 품질에 매우 중요합니다.”라고 Teodor Tarita-Nistor는 설명한다.
맞춤형 컨트롤 패널은 독특한 기계 외관을 제공한다
HyPET®HPP5의 혁신은 또한 새로운POLARIS™ 운영자 인터페이스를 포함한다. Beckhoff의 맞춤형 19” CP3919 컨트롤 패널을 사용해서 이 인터페이스는 HPP5의 독특한 외관을 가지게 되었다. 이것은 전체 시장에서 뿐만 아니라 Husky의 광범위한 기계 포트폴리오 내에서도 확실한 차별화를 보장한다. “HyPET®HPP5의 개발 동안 Husky는 더 큰 디스플레이 포맷을 사용하기로 결정했습니다. CP3919는 19” TFT 스크린 및 1280 x 1024의 뛰어난 해상도와 완벽하게 들어맞습니다. POLARIS™ 패널의 컬러 배합 및 로고 이외에도 우리는 패널 레이아웃에서 Beckhoff와 긴밀하게 협력했습니다. 그 결과 우리는 현재 뛰어난 인체 공학 및 사출 성형에 중점을 둔 버튼 레이아웃을 가지게 되었습니다.”라고 Roman Pirog는 말한다.
Husky의 소프트웨어 엔지니어링 팀은 시스템의 효율을 더욱 증가시키고 사용자 편의를 향상시키기 위해 POLARIS™ HMI 프로그래밍을 완전히 재개발했다. Husky는 C# 프로그래밍 언어를 사용해서 HMI 소프트웨어를 만들었으며 기존 HMI 소프트웨어 플랫폼을 뛰어 넘는 맞춤형 사출 성형 기능을 강화시켰다. POLARIS™의 로직은 온도 컨트롤러와 같은 주변 기기를 모니터하고 조작할 수 있도록 설계되었다. 시스템 소프트웨어 및 메뉴 스크린은 간편한 기계 스타트 업을 위해 수정되었다. 로직은 서비스 운용 동안 보조 장치 및 알람의 신호에 반응하도록 추가되었다. HMI는 또한 특정한 지시, 예를 들어 크레인의 도움 없이 몰드의 부정 정렬을 조정하는 방법을 제공할 수 있고, 이는 업 타임을 크게 향상시킨다.
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| PET 플라스틱 병 프리폼의(preform) 엄청난 세계시장 점유율은 Husky 사출 성형 시스템의 사출 성형 기에서 만들어진다. |
Husky의 승리 공식에 추가된 EtherCAT
Husky는 PC기반 제어 시스템뿐만 아니라 2006년부터 Beckhoff가 개발한 산업용 이더넷 통신 시스템인 EtherCAT 또한 사용해오고 있다.
“EtherCAT 및 TwinCAT의 공조로 장비 또는 완제품의 문제를 정확히 파악할 수 있는 다양한 진단 도구가 있습니다. 물론 이것은 업타임을 최대화시키는 큰 장점이 있습니다.”라고 Endel Mell은 말한다.
I/O 시스템의 경우 Husky는 Beckhoff의 광범위한 EtherCAT 솔루션을 통합했다. “EtherCAT을 통해 Husky는 I/O 배선 및 문제 해결의 노력을 감소시킴과 동시에 보다 나은 통신 시스템의 통합을 달성했습니다.”라고 Tarita-Nistor는 말한다.
Husky는 12 mm의 단말기 하우징 내에 최대 16개의 디지털 입력이나 출력, 또는 이들의 조합을 제공하는 EtherCAT 고밀도(HD) 단말기를 사용한다. “우리는 지속적으로 시스템에 새로운 I/O 모듈을 필요로 하는 기능을 추가합니다. 그러나 우리의 기계 풋 프린트는 더 커지지 않기 때문에 우리는 HD 단말기로부터 혜택을 보고 있습니다. 우리는 동일하거나 더 작은 공간에 더 많은 I/O 포인트를 설치할 수 있습니다.”라고 Endel Mell는 설명한다.
Husky는 다양한 IP 20 등급의 I/O 솔루션 이외에, 또한 제어 캐비닛 외부의 열악한 공장 환경을 견딜 수 있는 I/O 시스템 장착을 위해서 IP 67 protection에 EtherCAT Box 모듈을 구현했다. 게다가 Husky 기계의 EtherCAT 인터페이스 및 Beckhoff의 FM3312-B110 thermocouple 필드버스 모듈은 각각 12개 또는 32개의 thermocouples에 연결될 수 있다. 이 thermocouples의 연결 회로는 강력한 splash-proof의 산업용 플러그 하우징 안에 설비되어 있다. 이는 thermocouplse의 빠르고 간단한 연결 및 해제를 가능하게 한다.
또한 모듈식 EtherCAT 터미널 시스템은 Husky가 지원하는 I/O 기능을 구현할 수 있게 해준다. 예를 들어 EL3413 삼상 전력 측정 터미널은 HyPET®HPP5에 사용되며 최대 690 V까지 전압 측정이 가능하다. 그것은 통계 분석에 대한 자세한 데이터를 제공함과 동시에 기계의 전류 소비를 추적하며 에너지 사용에 대한 피드백을 제공한다. “별도의 독립형 측정기기를 사용하는 것 대신에 EL3413은 표준 EtherCAT I/O 시스템에 완전히 통합되었습니다. 전용 에너지 측정 솔루션은 연결적인 측면에서 더 제한적입니다. 그것은 시스템 아키텍처를 더 복잡하게 만들며, 다양하고 고도의 전문화된 소프트웨어 플랫폼을 필요로 합니다.”라고 Teodor Tarita-Nistor는 이 솔루션의 장점을 설명한다.
Husky는 Beckhoff의 EtherCAT 기반 eXtreme Fast Control (XFC) 기술을 사용해서 성능을 향상시켰다. “오버 샘플링 기능을 갖춘 EL3702 및 EL4732 XFC 터미널들은 제어 루프 딜레이를 최소화하고 사이클 타임의 속도를 최대화하며 제어의 정확성을 증가시킬 수 있도록 해줍니다.”라고 Teodor Tarita-Nistor는 설명한다. XFC 터미널들을 사용해서 신호는 사이클 타임의 조정 배수로 오버 샘플링 된다. 터미널의 베이스 타임은 분산 클럭을 통해 다른 EtherCAT 장치와 정밀하게 동기화 될 수 있다. XFC 터미널은 최대 100,000개의 값 즉, 초당 채널 100,000개의 샘플을 출력할 수 있다.
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| 중앙 집중식 멀티 태스킹 컨드롤러로서 C6930 산업용 PC는 PLC, 모션 제어, 계측 기술, 보조장치와의 통신 및 모든 HMI 기능을 포함하는 전체 HyPET®HPP5시스템을 작동시킨다. |
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| 모듈식 EtherCAT 터미널 시스템은 또한 Husky가 에너지 측정과 같은 고급 I/O 기능을 구현할 수 있게 해준다. |
Husky는 주도권을 연장하다
HyPET®HPP5프로젝트는 2013년 말에 완성되었고 긍정적인 결과는 주목하지 않을 수 없는 수치로 표현되었다. “시스템 설계의 모든 측면을 고려하여 새 시스템 세대는 응용 프로그램에 따라 3 % 내지 12 %의 생산성 및 사이클 타임 향상을 제공합니다.”라고 Roman Pirog는 보고한다. Husky가 EtherCAT을 사용해서 이룬 최고의 결과 중 하나는 새로운 수준의 처리 속도입니다. 우리는 지금 500 μs에서 우리의 프로세스를 실행할 수 있습니다. 이는 우리의 응용 프로그램에서 다른 필드버스로는 불가능합니다. 현재 개발 단계에 있지만 우리는 심지어 하나의 프로젝트에서 100 μs의 성능을 달성할 수 있습니다.”라고 Tarita-Nistor는 설명한다.
제어 솔루션의 향상된 시스템의 정확도 및 반응시간은 HyPET®HPP5의 정확한 반복성을 보장합니다. 다시 말해서 프리폼(preform)을 제조할 때 고객은 최적의 중량을 정확하게 타깃팅 할 수 있다. 이것은 고객이 부적합한 부품을 생산하는 것 없이 원료의 사용을 최소화할 수 있게 해준다. Husky의 EtherCAT 장착 사출 성형 시스템은 6 시그마의 범위 내에서 성능을 유지할 수 있고 업계 최고의 부품 정밀도 및 품질을 보장할 수 있다. 이 혁신적인 사출 성형 시스템을 통해 Husky는 고객들이 연간 기계 당 수십만 달러의 원료 및 운영비를 절약할 수 있도록 지원한다. “우리 산업에서 선두 자리를 유지하기 위해 Husky는 고객의 경쟁력 및 수익성을 향상시킬 수 있도록 최신 자동화 기술을 지속적으로 통합할 것입니다.”라고 Roman Pirog는 말한다.
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| 맞춤형 CP3919 19-인치 컨트롤 패널에 기반한 새로운 POLARIS™ HMI 덕분에 HyPET®HPP5는 HHP5의 독특한 외관을 가지게 되었으며 이는 시장 및 Husky의 광범위한 기계 포트폴리오에서 분명한 차별화를 보장한다. |
[출처] 월간 Control 2016. 11
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