Beckhoff, 소비자 제품을 위한 안전하고 위생적인 포장 [월간CONTROL 2017/05]

병뚜껑 라이닝과 성형 후 자동화 장비의 성능 향상 및 비용 절감

식·음료의 품질은 포장에 사용되는 밀봉 기술의 신뢰성에 달려있으며, 이 분야에서는 매우 높은 품질의 요구사항을 필요로 한다. 예를 들어 산화 방지제를 통한 산소의 유입과 산화에 의한 제품의 맛과 유통기한의 변질을 막기 위해 음료수병의 뚜겅은 라이너(liner)를 사용한다. 이것은 뚜껑과 용기 입구 사이의 밀봉에 있어 추가적인 보호 기능을 제공한다. 이러한 시장 부문의 선두 주자 중 하나는 퀘벡, 라발에 본사를 둔 캐나다 회사인 MMC Packaging이다. 수십 년 동안 이 혁신 업체는 플라스틱 및 금속 뚜껑의 라이닝을 위한 턴키 시스템을 제공해오고 있다. MMC의 주요 고객은 식·음료, 제약회사 및 개인맞춤형 관리/미용 제품산업의 공급업체를 포함한다.

MMC Packaging는 식품, 의학 및 개인용 관리/미용 제품 산업에 금속이나 플라스틱 뚜껑의 후 성형을 위한 최신 턴키 라이닝 기계를 공급한다.

MMC Packaging의 뚜껑 라이닝 기계는 라이닝 재료(펄프, 스티로폼, 판지 또는 호일)를 잘라 뚜껑 안에 삽입한다. 기계 구성에 따라 절단기은 로터리 다이커팅(rotary die cutting)으로 이루어질 수 있다. 즉, 라이너의 롤이 사전 절단되고 나서 삽입 스테이션에 공급된다. 펀치 및 다이 기술을 통해 한번의 작업으로 라이너는 절단되어 뚜껑 안에 삽입된다. 그 다음, 뚜껑을 분류하거나 다음 생산 단계로 이동하기 전에 비전 시스템이 결함이 없는지 뚜껑을 검사한다.

MMC Packaging은 뚜껑의 다양한 크기 및 유형에 맞게 다양한 라이닝 기계 버전을 설계했다. 기계 유형 및 동작 모드에 따라 분당 최대 1,200개의 뚜껑이 가공될 수 있다. MMC Packaging의 사장이자 소유주인 Philippe McNally에 따르면 MMC의 가장 많이 팔린 기계인 LM-270은 분당 150 사이클을 수행한다. 이 라이너는 한번에 한두 개의 뚜껑을 절단 및 삽입할 수 있어서 분당 최대 300 개의 뚜껑을 가공할수 있다. 라인에 있는 모든 구성요소의 설정은 자동으로 관리된다. 그래서 레시피 또는 생산 파라미터의 변경은 버튼을 누름으로써 수행될 수 있으며 생산 변환이 30분 미만으로 걸린다. MMC의 일부 기계 모델은 여러 가지 도구 유형을 실행할 수 있으며 생산 변환과 관련된 다운타임을 제거한다.

PC 기반 제어가 효율성을 증가시키다

MMC Packaging의 이전의 제어 하드웨어는 기술적인 한계에 도달했었다. “처리 속도, 시스템 메모리, 데이터 스토리지 및 데이터베이스 기능은 우리의 기계를 더 이상 최적화시킬 수 없었습니다. 우리는 한편으로 더 우수한 처리 능력을, 다른 한편으로 제어 플랫폼의 더 많은 유연성을 필요로 했습니다. 게다가 우리는 다양한 표준 프로그래밍 툴을 가진 최첨단 사용자 인터페이스를 원했습니다.”라고 비즈니스 및 제품 개발 부사장 Mathieu Ouellet는 설명한다. 리니어의 공급, 절단과 탑재, 검사/폐기 및 불량품의 확 인 을 포 함 해 서 LM - 270의 완전 자동화는 Beckhoff의 PC 기반 제어 시스템에서 실행된다.Intel® Celeron™ 듀얼-코어 프로세서 및 TwinCAT 3 자동화 소프트웨어를 장착한 C6525 산업용 PC(IPC)는 제어 시스템의 기반을 제공한다. 기계의 타이밍 체인지를 수행할 때 TwinCAT 3로 수동 개입은 최소화됩니다.”라고 수석 전기 디자이너 Yan Letourneau는 강조한다. 소프트웨어로 자동 타이밍을 사용해서 모든 주변장치 및 LM-270 기계는 높은 처리량을 유지하기 위해 즉시 속도를 변경하고 기계의 생산율을 고객의 요구에 부응할 수 있다. TwinCAT 3 NC PTP는 위치 결정 표시(registration mark)로 라이닝 재료의 색인, 절단 및 삽입을 제어하고 동기화한다. “TwinCAT 3 스코프는 처리되는 모든 데이터를 기록합니다. PC는 중앙 제어기이자 생산 데이터 레코더입니다.”라고 Yan Letourneau는 말한다.

멀티-터치로 현대화된 기계 운용

LM-270 라이닝 기계는 HMI 하드웨어로서Beckhoff CP391x 시리즈의 멀티-터치 제어 패널을 사용한다. “PC 및 EtherCAT 기반 제어 플랫폼으로 우리는 고객에게 중요한 생산 데이터를 실시간으로 제공하는 최첨단 사용자 인터페이스를 개발했습니다. 이것은 또한 기계의 포괄적인 운영 및 성능 데이터를 포함합니다.

MMC 고객은 장비의 상태 및 효율성에 관한 최신 정보를 가지고서 유지보수 노력을 최적화하며 기계의 업타임을 증가시킵니다.”라고 Yan Letourneau는 언급한다. MMC Packaging은 새로운 제어 플랫폼의 사용법에 관한 오퍼레이터 교육과 지원을 위해 3D 모델 및 가이드 비디오를 활용한다. “우리의 관점에서 하나의 디바이스로 PLC 및 모션제어 업무뿐만 아니라 Windows 기반 그래픽 인터페이스 실행기능은 PC 기반 제어를 위한 중요한 요소였습니다. 우리의 3D 매뉴얼은 축소와 확대를 위한 핀치 제스처와 함께 C++ 및 C로 프로그래밍 된 멀티-터치 기능을 사용합니다. 이는 예를 들어 고객들이 중요한 기기 정보를 볼 수 있도록 해 줍니다.”라고 Mathieu Ouellet는 강조한다. 또한 LM-270 뚜껑 라이닝 기계에 시도되고 테스트된 PC 기반 제어 플랫폼은 이제 MMC Packaging에 의해 뚜껑의 품질을 검사하는 QTVision™ 검사 시스템에 사용된다. 이 경우, 시스템 버스로서 TwinCAT 3 자동화 소프트웨어 및 EtherCAT을 장착한 CX2040 임베디드 PC는 여러 가지 자동화, 제어, 및 데이터 획득 업무를 동시에 실행한다. “현재 우리는 4대의 카메라로 CPU에 부담을 주지 않고서 분당 최대 2,400개의 뚜껑을 검사하고 분당 최대 9,600개의 이미지를 처리할 수 있습니다.”라고 Yan Letourneau는 확인해 준다.

I/O, 모션 및 안전을 위한 보편적 시스템 버스로서 EtherCAT

“EtherCAT 덕분에 마이크로초 범위 미만의 제어속도는 비전 시스템의 카메라가 250 마이크로초로 트리깅하는 것처럼 MMC Packaging에서 이제 흔한 일이 되었습니다. Beckhoff의 통합 TwinSAFE 안전 솔루션은 더 큰 부가가치를 의미합니다. 모든 안전 데이터가 EtherCAT 프로토콜을 거쳐 가고 기계 전반에 사용되는 TwinSAFE 단말기가 있기 때문에 우리는 안전 기술을 위한 표준 이더넷 케이블을 사용합니다. 우리의 기계 설계가 진화하기 때문에 시스템에 통합된 프로그램이 가능한 안전 솔루션을 미래에 수정하기가 훨씬 더 쉬워졌습니다.”라고 Yan Letourneau는 언급한다. MMC Packaging는 비상 정지, 안전장치 및 드라이브의 안전 조치를 위해 TwinSAFE를 주로 사용한다.

안전 정지 기능(STO, SS1)을 구현하기 위해 TwinSAFE 드라이브 옵션 카드는 Beckhoff AX5000 서보 드라이브에 사용된다.

기계의 풋프린트 감소, 성능 향상

MMC Packaging는 One Cable Technology(OCT)를 특징으로 하는 AM8000 시리즈의 서보모터를 사용한다. “고밀도 EtherCAT I/O 및 통합 TwinSAFE 안전 솔루션과 마찬가지로 One Cable Technology는 우리의 목표였던 능률적인 기계 설계에 적합합니다. 중앙 유닛 및 부속장치의 모든 제어 배선을 관리하는 것 대신에 우리는 현재 하나의 이더넷 케이블만을 와이어링 합니다. 이는 배선 비용을 줄이고 셋업당 대략 20에서 24시간의 설치 시간을 절약합니다. 더 큰 장점은 EtherCAT이 모든 표준 이더넷 장치의 통합을 가능하게 한다는 것입니다. 또한 MMC는 필요 시 다른 네트워크 및 프로토콜의 인터페이스로서 EtherCAT 게이트웨이 단말기를 사용합니다.”라고 Mathieu Ouellet는 말한다.

“컨트롤러 업그레이드의 첫 단계가 성공적으로 완료되었습니다. 지금까지 우리는 LM-270 기계, MMC-icon™ 사용자 인터페이스 및 QTVision™ 검사 시스템을 PC 기반 제어 플랫폼으로 전환시켰습니다. 다음 단계는 이 기술을 우리 시스템의 전 영역에 구현하는 것입니다.”라고 MMC Packaging 의 영업 마케팅 코디네이터인 Anthi Balafoutis는 말한다.