[Beckhoff 어플리케이션] 엔터테인먼트 어플리케이션 프로그램 및 키네틱 디지털 사이니지를 제어하는 PC 기반 기술
매우 정밀한 모션 제어 및 동기화
화면을 회전시키는 작은 모터를 제어하기 위해 Simtec은 OCT(One Cable Technology) 기능을 가진 EL7201 서보 터미널, 즉 Beckhoff의 콤팩트 드라이브 기술을 사용한다. © Simtec, Germany
Simtec Group은 맞춤형 모션 시뮬레이터 시스템을 전문으로 하고 있다. 창립자 겸 전무 이사인 Bernd Kaugmann은 광범위한 비행 시뮬레이터 전문 지식을 활용하여 자동차 부품 테스트 시스템과 엔터테인먼트 어플리케이션 시장에 진출했다. 오늘날 Simtec의 시뮬레이터 시스템은 전 세계 엔터테인먼트 파크, 4D 극장 및 박물관에서 볼 수 있다. Simtec은 Screenflite®를 개발하여 디지털 사이니지 분야에도 진출했다. Beckhoff의 PC 기반 제어를 통해 정확하게 자동화되는 키네틱 예술 작품과 유사한 미디어 정보 시스템은 공항 터미널, 기차역 또는 쇼핑몰에서 사람들의 관심을 끌고있다.
시간이 지남에 따라 엔터테인먼트 산업을 위한 맞춤형 시뮬레이터 시스템 개발 및 제조는 Simtec Systems의 가장 높은 매출을 내는 핵심 사업 부문이 되었으며, 약 80%는 중국으로 수출한다. Simtec Systems GmbH의 비즈니스 개발 책임자 Andreas Stickel는 2010년 상하이에서 열린 엑스포에서 중국 시장 진출의 첫 걸음 이였다고 말했다. 또한, 빠른 국제 성장의 결과로 독일Braunschweig에 생산 공장을 확장했고, 2016년에는 중국에 자회사를 설립했다고 덧붙였다.
Simtec에서 개발한 Screenflite® 디지털 사이니지 시스템은 효과적인 마케팅 도구이다. 패널의 역동적인 움직임은 지나가는 사람들의 주의를 끌고 광고 메시지를 키네틱하게 전달한다. © Simtec, Germany
새로운 세대 ‘비행 극장’
Simtec은 시각적 효과와 기계적 효과를 결합하여 완벽한 시뮬레이션 경험을 제공하고, FunrideTM 제품군에 고전적인 매력을 더한 Hexaflite® 비행 극장으로 차세대 실내 어트랙션을 개발했다. 6 자유도가 특징인 이 이동 플랫폼은 직경이 최대 23m인 구형 프로젝션 스크린으로 둘러싸여 있다. 관중들이 플랫폼에 들어와 자리에 앉으면 스크린이 수직으로 기울어져서, 대형 스크린 바로 앞에 앉아 있는 느낌을 준다. Andreas Stickel은 관객이 화면 앞 중앙에 위치하면 모든 좌석에서도 동일한 경험을 즐길 수 있다고 말했다. 모든 축을 중심으로 ± 0.7g 및 ± 1g 범위의 리니어 가속도 및 ± 15-20º 회전과 투영된 이미지 및 특수 효과와의 완벽한 동기화는 관객들을 스크린 액션에 완전히 몰입 시키고 화려하고 매우 역동적인 비행과 같은 경험을 제공한다.
이동 플랫폼은 멀티 터치 컨트롤 패널과 TwinCAT 3 자동화 소프트웨어가 탑재된 Beckhoff의 CX5140 임베디드 PC로 제어된다. EtherCAT은 강력한 통신 시스템으로 활용된다. EtherCAT은 거의 무제한에 가까운 네트워크의 확장성과 높은 데이터 전송률로 인해 이러한 대규모 프로젝트에 이상적인 필드버스 시스템이다. EtherCAT은 또한 모든 네트워크 토폴로지가 가능하다. Simtec은 EtherCAT에서 지원하는 이중화 기능을 활용했다고 소프트웨어 엔지니어링 팀장인 Christian Spoer는 설명했다. 모션 시스템의 복잡한 안전 솔루션은 IP20 보호등급을 가진 약 100개의 디지털 TwinSAFE 터미널과, IP65 보호등급을 가진 로컬 TwinSAFE I/O 모듈을 기반으로 한다. 또한, 상위 레벨의 CX5140 뿐만 아니라 서로 통신하는 4개의 EL6910 TwinSAFE 로직 터미널이 사용된다. Christian Spoer는 Beckhoff I/O 모듈의 신호와 인터페이스 다양성을 통해 DMX 터미널을 사용한 무대 조명 제어와 압축 공기 측정을 적절한 측정 모듈과 쉽게 통합할 수 있다고 설명했다.
모듈식 디지털 사이니지 시스템은 3개의 원형 회전 레벨로 구성되며 무게는 5.3t 이다. 각 링에는 4개의 LED 스크린이 있어 약 1.1m 씩 들어오고 나갈 수 있으며 원하는 대로 회전하거나 서로의 방향으로 회전할 수 있다. © Simtec, Germany
고객별 모션 제어 전문 지식을 통합한 TwinCAT
Simtec은 이 어플리케이션을 위해 C++의 폐 루프 제어 기술을 개발했다. TwinCAT 3는 C++ 프로그래밍 언어를 지원한다. 결과적으로 Simtec의 전체 모션 제어 프로그래밍을 TwinCAT 3 자동화 소프트웨어에 쉽게 통합하여 실시간으로 실행할 수 있다. Hexaflite® 시스템의 사용자 인터페이스는 C++로 개발된 또 다른 Simtec의 독점 솔루션이다. Andreas Stickel은 Beckhoff 기술의 가장 큰 장점은 ADS를 통해 TwinCAT과 쉽게 통신할 수 있는 시각화 시스템의 기능이라고 강조했다.
키네틱으로 해석되는 디지털 사이니지
Simtec은 Screenflite®으로 새로운 시장에 진입하고 있다. 5.3t 무게의 모듈식 미디어 정보 시스템은 3개의 원형 회전 레벨로 구성되어 있다. 각 링에는 각각 2m² 표면을 가진 4개의 LED 스크린이 달려 있으며 시저 암(scissor arms)으로 1.1m 안팎을 서로 회전하거나 반대방향으로 회전한다. Andres Stickel은 매우 역동적인 움직임을 기반으로 LED 화면이 서로를 향해 이동하고 다시 분리되어 2개, 3개, 4개 또는 6개의 화면으로 구성된 다양한 조합 또는 모양으로 빠르게 변화한다고 Andres Stickel은 키네틱 시스템을 설명했다. 상단 및 하단 링의 평면 스크린을 수직으로 기울일 수도 있다. 기계적인 디자인은 스크린이 서로 충돌하지 않도록 설계되었다.
12개의 각 화면에서 미디어 컨텐츠를 스크린의 모션과 동기화하여 재생할 수 있다. 모션 시퀀스는 프로그래밍을 통해 결정되므로 시스템의 20 자유도에 따른 시퀀스가 가능하다. Andreas Stickel는 Screenflite®에 대해 9가지 서로 다른 모션 사이클을 만들었지만, 이 키네틱은 운영자와 컨텐츠 디자이너가 자유롭게 프로그래밍 및 조정할 수 있다고 설명했다.
LED 스크린은 동적으로 결합 및 분리되어 2개, 3개, 4개 및 6개의 디스플레이로 광범위한 모양을 형성할 수 있다. © Simtec, Germany
키네틱에는 매우 정밀한 드라이브 제어와 완벽한 동기화가 필요하다
Christian Spoer는 제어 관점에서 볼 때, 디지털 사이니지 시스템은 Simtec의 가장 복잡한 제품이라고 말한다. 왜냐하면 다양한 모션 제어 속도의 정확성과 완벽한 동기화가 필요하기 때문이다. 시저 암을 통해 LED 스크린을 움직이는 3개의 링은 기계적으로 연결되어 있지 않지만 TCP/IP (ADS를 통해)를 사용한 와이파이로 통신한다. 전원 및 비상 OFF 신호만 슬립 링을 통해 전송된다.
각 링은 EtherCAT 마스터로 4개의 LED 화면의 움직임을 제어하고 Intel Atom® 쿼드 코어 프로세서가 장착된 초소형 C6015 산업용 PC를 사용한다. 고성능 IPC 중 하나는 와이파이를 통해 세 개의 링 동기화를 모두 처리할 수 있다. Christian Spoer는 82 x 82 x 40mm 크기의 초소형 C6015 제품은 적은 공간에 아주 이상적이다고 말했다.
모션 제어는 PLC 프로젝트가 연결된 C++ 모듈에서 실행된다. Christian Spoer는 TwinCAT 3에 완벽하게 통합되는 C++ 모듈에 축 제어 알고리즘과 모션 시퀀스의 동기화를 프로그래밍 했다고 말했다. 그리고 TwinCAT NC 라이브러리는 폐쇄 루프 컨트롤러와 프로필 생성기를 제공한다.
디지털 사이니지 시스템의 3개 레벨에서 27개의 PTP 축을 모두 제어하기 위해 통합 안전 기능이 있는 AX5000 시리즈의 1채널 및 2채널 EtherCAT 서보 드라이브가 사용된다. 또한 모니터 회전을 담당하는 작은 모터를 제어하기 위해 OCT(One Cable Technology) 연결 방식의 EL7201 서보 터미널을 사용하여 한정된 공간에서 완벽하게 작동하게 한다.
Hexaflite® 비행 극장은 6 자유도로 움직일 수 있고 원형 스크린으로 둘러싸여 수평으로 180º, 수직으로 110º 시야각을 제공하는 플랫폼으로 구성된다. © Simtec, Germany
결론
Simtec은 많은 프로젝트에서 Beckhoff의 제어 기술을 사용했다. 컨트롤 패널과 산업용 PC에서 I/O 터미널 및 TwinCAT 소프트웨어에 이르기까지 미디어 정보 시스템에서 Beckhoff 제어 구성 요소의 전체 스펙트럼을 사용했다. 중앙 집중식 및 분산형 PC 기반 제어 기술을 모두 사용하는 옵션은 Simtec의 요구사항에 매우 적합하였으며, 어플리케이션 프로그램의 중요한 전제조건이다. 또한, Beckhoff가 제공하는 광범위한 터미널 제품들로부터 다양한 이점을 누릴 수 있었다. 예를 들어, I/O 세그먼트에 간단히 압력 측정 터미널을 삽입하면 시스템의 압력 강하를 인식하고, 적절한 조치를 취할 수 있었다. 완벽한 화면 동기화를 위한 전제조건인 EtherCAT의 빠른 통신 속도의 이점 외에도 진단 기능의 이점도 있었다. 또 다른 이점으로는 C++ 모듈을 TwinCAT 3에 직접 통합할 수 있을 뿐만 아니라 Visual Studio에서 실행할 수 있는 기능도 포함되어 있다는 점이다. 이를 통해 버전 관리를 위한 Git을 쉽게 통합할 수 있었다고 Andres Stickel는 PC 기반 제어의 많은 장점을 요약했다.
링크:
www.simtec.de/en
www.beckhoff.com/stage
[출처] 월간컨트롤 12월호
[원본] https://www.beckhoff.com/media/downloads/press/2020/korean/2020.12_control_pcc_0120_simtec.pdf
댓글
댓글 쓰기