Beckhoff, TwinCAT 3가 오븐 및 스토브 제조의 테스트 스테이션을 제어하다 [무인화기술 2017년 2월]
Miele의 효율적인 엔지니어링: 제어, 세이프티 그리고 측정기술의 모범 사례
최고급 전기제품 제조업체인 Miele는 독일, Oelde에 있는 최고의 자동화 시설에서 연간 약 300,000개의 전기 오븐 및 레인지를 생산한다. 모든 제품은 배송 전에 종합적인 테스트를 받는다. 이를 위해 해당 제조 셀은 반자동 및 완전자동 테스트 스테이션을 갖추고 있다. 이 스테이션들은 모두 TwinCAT 3 자동화 소프트웨어 제품군으로 이루어져 있으며, 통합 엔지니어링과 표준 제어, 세이프티 및 측정기술의 긴밀한 상호 작용을 활용하고 있다.
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| 기증시험, 보호 도체 측정 및 고압시험은 유도 시험 시퀀스를 사용하여 반자동 검사 스테이션에서 수행된다. |
유럽 및 북미 시장을 목표로 고품질의 Miele 오븐 및 레인지가 설계되었다. Miele의 수출 점유율은 70%를 넘으며 이는 7개의 국가별 전압 버전 및 해당 전기제품의 테스트에 반영된다. Oelde에 위치한 Miele 시설의 전기 기기를 위한 산업 엔지니어링 부서 직원인 Maik Hartmann은 2013년에 구현된 새로운 제조 및 테스트 개념에 대해 언급한다. “원래 전기제품은 여러 개의 통합적인 연속 테스트 스테이션을 갖춘 하나의 조립 라인에서 생산되었습니다. ‘고객의 요구에 따른 생산 주기’를 목표로 시스템은 U자형 조립 셀에서의 생산으로 전환되었고, 모든 직원은 제품 테스트 및 전반적인 생산성 향상을 포함하여 확장된 업무를 다양하게 맡게 되었습니다.”
Miele 산업 엔지니어링 부서의 Thorsten Nagel는 이에 대한 장점을 구체적으로 설명한다. “각 애플리케이션에서 작업자 업무 싸이클에 해당하는 라인 및 기기 종류에 따라 이전 세 개의 동기화 된 조립 라인에서 컨베이어 벨트의 사이클 타임은 1내지 3분 사이였습니다. 현재 작업은 전기제품의 완전 조립 및 테스트로 구성되어 있습니다. 이는 약 30분 소요되며 근로자의 직업 만족도가 향상됩니다. 또한, 다수의 제품 변형(약 800개) 및 1내지 10의 다양한 로트 크기 때문에 관련 사이클 타임의 손실 및 변화하는 인력 요구 사항을 포함한 변화노력이 과거에는 상당히 높았습니다. 총 7개의 조립 셀을 제공하는 새로운 개념으로 우리는 리드 타임을 줄이면서 볼륨 및 변형 유연성을 높일 수 있었습니다. 이는 사전 계획 없이 기본적으로 모든 전기제품을 언제든지 제조할 수 있다는 것을 의미하며 고객의 수요 및 단기 수주의 변경에 따라 빠른 대응이 가능합니다.”
완전자동 및 반자동 테스트 스테이션을 갖춘 조립 셀
예상된 생산량에 따라 7개의 생산 셀은 각각 하나 또는 그 이상의 반자동 테스트 스테이션을 가지고 있다 – 총 17개. 또한 조립 셀의 운반 세그먼트에는 9개의 자동 스테이션이 있다. 이 자동 스테이션은 테스트 및 ‘테스트 내용’에 의한 변동을 모니터링하고 전기제품을 중앙 포장 구역으로 운반하며 납품서를 생성한다. 또는 결함이 발견되면 수리를 위해 제품을 딴 곳으로 보낸다. 실제 기능 테스트, 즉 다양한 기능 검사뿐만 아니라 법적 세이프티 검사, 보호도체 측정 및 고전압 테스트는 유도된 테스트 순서에 따라 반자동 테스트 스테이션 작업자에 의해 수행된다. 매일 생산되는 약 1,000개 전기제품의 테스트는 디자인에 따라 2분 내지 3분 정도 걸린다. 이 모든 값은 기본 자동화 기술로 인해 중앙 데이터베이스에 기록될 수 있다.
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| 반자동 테스트 스테이션과 생산 공정은 19” 멀티터치 CP2219 내장용 패널 PC를 통해 제어되는 자동 워크스테이션에서 모니터링 된다. |
유연하고 개방적인 제어 기술의 필요
각 생산 환경에 테스트 스테이션을 통합하기 위해서는 이전의 생산라인 환경에서처럼 유연하고 개방적인 제어 기술이 필요하다. Maik Hartmann는 계속해서 말한다. “처음부터 우리는 균일하고 컴팩트한 I/O 아키텍처를 구현할 수 있는 Beckhoff의 버스 터미널 시스템을 통해 이득을 얻었습니다. 서로 다른 버스 시스템에 대한 개방성이 또 다른 이점입니다. 이로 인해 CANopen 또는 PROFIBUS 환경에서 테스트 스테이션을 운영하는 것이 매우 쉬웠습니다.” Thorsten Nagel도 동의한다. “모듈형 버스 터미널 기술을 활용하여 수많은 테스트 신호를 저장하고 시스템에 통합하는 것이 쉬웠습니다. 효율적인 개별 테스트 스테이션, 특히 확장된 테스크를 요구하는 새로운 조립 셀에서의 핵심요소는 테스트 기기와의 오류없이 안정적인 통신입니다. 따라서 Beckhoff의 I/O뿐만 아니라 PC 기반 제어 기술을 사용하는 것은 당연한 것이었습니다.”
두 명의 Miele 전문가에 따르면 이 시스템의 장점은 균일하고 구성이 제대로 갖추어진 제어 하드웨어이다. PC 기반 제어는 높은 유연성을 통해 새로운 테스트 요구사항을 보장하고 쉽게 확장될 수 있다. EtherCAT은 통신 시스템으로서 매우 강력할 뿐만 아니라 개별 요구사항에 따라 다양한 버스 토폴로지를 선택할 수 있는 특별한 이점을 제공한다. 이는 개발 환경에서부터 바로 필드 버스 또는 I/O 수준의 작업을 용이하게 하는 우수한 진단 기능에 의해 보완된다.
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| 세이프티 기술은 TwinSAFE 터미널을 통해 테스트 스테이션을 위한 제어 기술의 일부로 통합됐다. |
일관적이며 통합된 소프트웨어로서 TwinCAT3
새로운 제조 및 테스트 스테이션 개념으로 전환하면서 새로운 TwinCAT3 소프트웨어가 자동화 제품군으로 소개되었다. Maik Hartmann에 따르면, 플랫폼의 가장 큰 이점은 Visual Studio® 엔지니어링 환경에 통합된 점과 TwinSAFE 세이프티 기능의 통합이다.
ERP 레벨로 시작화 및 데이터 교환을 제공하는 ‘Miele 테스트 및 워크스테이션’(MPA)는 테스트 스테이션의 지정된 소프트웨어 구조로 자체 개발되었다. 예를 들어 시스템은 중앙의 생산 데이터베이스에서 기기 별 테스트 순서를 읽는다. TwinCAT3는 MPA에 연결된 하위 시스템으로서 ADS 통신을 통해 제어 테스크 및 I/O 데이터 처리를 다룬다. Thorsten Nagel 에 따르면 TwinCAT3는 전체적인 구조에 대해 결정적인 이점을 제공한다. “Visual Studio®에 완벽히 통합된 TwinCAT 덕분에 우리는 현재 하나의 개발 환경에서 지속적인 작업을 할 수 있습니다. 이것은 프로젝트 개발을 훨씬 더 쉽게 해줍니다. 과거에는 특별한 실시간 운영 시스템뿐만 아니라 다양한 PLC 세대, 로봇 및 세이프티 컨트롤러를 위한 다양한 툴을 사용해야 했습니다. 어떤 경우에는 하나의 컴퓨터에서 실행될 수도 없었습니다. 그리고 또 다른 이점으로는 기존 TwinCAT2 프로젝트를 TwinCAT3에 적용하는 것이 간단하고 효율적인 부분입니다.”
Maik Hartmann에 따르면 세이프티 기술의 매끄러운 통합은 TwinCAT의 사용과 관련된 또 다른 중요한 측면이다. “반자동 테스트 스테이션은 세이프티 요소로서 라이트커튼, 비상 정지 및 도어 접촉 스위치를 포함합니다. 또한 테스트 전압의 안전한 전환을 보장하기 위해서 저전압 지침의 세이프티 요건을 충족시켜야 합니다. 이 모든 것은 TwinCAT Editor 기능을 가진 엔지니어링 환경에서 구성될 수 있습니다. Safety over EtherCAT, TwinSAFE EL6900 로직 터미널 및 TwinSAFE I/O 터미널을 사용함으로 인해 이전에 필요했던 특별한 세이프티 시스템 및 해당 케이블링과 통신을 위한 노력은 이제 과거의 일이 되었기 때문에 TwinSAFE는 하드웨어의 요구사항을 상당히 감소시켰습니다.”
고급 측정 기능과 제어 기술
프로젝트 디자인은 제어 기술에 측정 기술을 직접 통합함으로써 더 단순화되었다. EL3403 3상 전력 측정 터미널(최대 500 V AC) 및 EL3413 (최대 690 V AC)는 전력 한계치와의 부합뿐만 아니라 오븐에 설치된 발열체의 기능을 확인하는데 사용된다. 또한 고전압 테스트에도 사용된다. 최대 690 V AC 용으로 설계된EL3413 전력 측정 터미널은 또한 호브(hob) 및 에너지 조절 장치의 정확한 할당을 위한 16핀 커넥터의 핀 지정을 테스트하는데 사용된다.
PC 기반 제어 기술의 개방성은 또 다른 이점이 있다. 전기제품 테스트를 위해 필요한 다른 측정 장치 및 센서를 쉽게 통합할 수 있다. Maik Hartmann는 말한다. “인터페이스 또는 통신 모듈을 추가하지 않기 위해서 TCP/IP가 가능한 장치를 선택했습니다. 이는 테스트 스테이션을 위해 높은 전압 미터와 휴대용 스캐너 및 자동 워크스테이션을 위한 바코드 스캐너입니다. EL6614 이더넷 스위치 포트 터미널을 통해서 직접 통합될 수 있었고 TCP/IP를 통해 전류 파라미터 세트를 공급했습니다.”
[출처] 월간 무인화기술 / 2017. 02
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