스웨덴의 롤러 베어링 제조업체인 SKF는 지멘스의 첨단 제어 기술을 도입해 Lchow 공장의 생산라인 일부를 업그레이드 중에 있다. SKF는 안전 관련 데이터 전송을 위해 처음으로 AS-Interface와 PROFIBUS의 결합을 시도했다.
첨단 제어 기술을 도입했다는 것 자체가 중요할까, 아니면 이를 어떻게 활용하느냐가 더 중요할까? 스웨덴의 롤러 베어링 제조업체 SKF의 Lchow 공장이 바로 이 질문에 대한 답을 제시한다.
SKF는 2003년 9월부터 첨단 기술을 도입해 Lchow 공장의 테이퍼 롤러 베어링 제조용 내부 링 생산라인 2개를 업그레이드하기 시작했다. 50m 길이의 첫 번째 기계 라인, 소위 ‘채널’은 이미 생산을 시작했고 두 번째 ‘채널’은 현재 설치 중이다. “전적으로 버스 기술에 기반한 제어 솔루션을 사용한 것은 이번이 처음”이라고 E-construction 부서의 IS(유지보수 서비스) 담당인 Torsten Scharping은 말했다.
이 시스템에서 가장 주목할 것은 PROFI BUS DP와 AS-Interface의 기능을 결합했다는 것이다. 이 둘을 조합한 결과 안전 기술을 포함한 센서를 IP65 모듈을 통해 기계에 직접 연결할 수 있게 됐다. 따라서 배선 비용이 최소화될 뿐 아니라 제어 캐비닛에 필요한 공간도 대폭 감소시킬 수 있었다. 시스템의 전기 드라이브는 PRO FIBUS DP를 통해 연결하고, 개별 시스템 섹션의 센서, 밸브, 기타 운영 요소들은 AS-Interface 버스에 연결했다. 또한 지멘스의 안전 모니터와 새롭게 선보이는 AS-i 스트링을 통해 완벽한 비상 정지 기능(13개의 비상 정지 스위치 및 소화 시스템에 의한 제어 전압 차단)을 구현했다. 4개의 AS-Interface 스트링에 총 93개의 슬레이브를 수용할 수 있다. 이와 함께 PROFIBUS를 통해 분산 ET 2002 주변 시스템의 스테이션 5개 및 이 시스템에 연결된 드라이브용 고성능 모터 스타터 38개와 통신한다.
[생산라인 테이퍼 롤러 베어링 구조.]
생산라인 업그레이드
기술적, 경제적 측면을 고려해 고민을 거듭한 끝에 SKF 경영진은 두 버스 시스템을 혼합하기로 결정했다. 나중에 결과로 드러났듯이 이 결정이 성공의 열쇠였다. Torsten Scharping IS 담당자는 “커미셔닝은 정말 눈감고도 할 수 있을 정도로 쉬웠다”고 강조했다. 심지어 전체 전기 시스템을 구성하고 설치하는 데도 기존 비용의 극히 일부밖에 필요하지 않았다.
측면 연삭기가 있는 첫 번째 스테이션부터 테이퍼 롤러 베어링의 내부 링에 레이저로 각인하는 8번째 스테이션까지, 시스템 전체에 걸쳐 노란색 AS-Interface 라인과 보라색 PROFIBUS 라인이 연결돼 있다. 기어 모터에 의해 링크 벨트는 끊임없이 작동한다. 특히 새로 도입된 고성능 모터 스타터는 전압이 공급되는 상태에서 교체가 가능하다는 장점이 있다. 터미널 모듈과 제어 유닛, 이렇게 두 컴포넌트로 구성돼 있기 때문에 가능한 일이다. 터미널 모듈은 3상 전원 공급 장치에 영구 연결돼 있기 때문에, 내부 에너지 버스를 통해 개별 피더의 제어 유닛 슬롯에 전기를 계속 공급한다. 회로 차단기가 포함된 제어 유닛은 앞쪽에서 쉽게 제거할 수 있고, 고정 배선 위로 밀면 다시 장착이 가능하다.
[구축 중인 생산라인. 각 50m 길이의 16개 생산라인에서 테이퍼 롤리 롤러베어링용 내부 링을 제조하고 있으며, 추가 16개 ‘채널’에서 외부 링을 제조하고 있다.]
고성능 모터 스타터 도입
Torsten Scharping IS 담당자는 고성능 모터 스타터 도입의 또 다른 장점에 대해 언급했다. “정격 전류 및 트리핑 조건을 넓은 범위 내에서 개별적으로 조정할 수 있기 때문에 시스템 전체에 한 종류의 모터 스타터만 사용해도 된다는 엄청난 장점이 있다는 것을 알게 됐다.” 시스템이 38개의 전기 드라이브를 수용하고 있는 상황에서 이는 매우 중요한 특성이다. 이전까지 최대 조합 길이는 약 1m였지만(14개의 스타터를 나란히 설치) 새로운 IM 151 인터페이스 모듈은 최대 2m까지(28개 스타터 설치 가능) 확장할 수 있다.
시스템 서비스를 담당하고 있는 SKF 공장 전기기술자 Reinhard Schulz는 고정 배선 덕분에 전압이 공급되는 상태에서도 모터 스타터를 교체할 수 있다는 것을 고성능 모터 스타터의 가장 큰 장점으로 꼽았다.
여기에는 최대 7.5kW의 개폐용량을 갖춘 두 종류의 고성능 모터 스타터가 제공된다. 이 스타터를 사용하면 최근 필수적으로 요구되는 소프트 스타팅 동작을 합선 및 과부하 보호는 물론, PLC를 통한 모니터링 기능까지 갖춘 하나의 유닛에서 처리할 수 있고, PROFIBUS DP의 버스 구조에 직접 통합할 수 있다.
이 레이아웃을 적용하면 합선 및 과부하 보호를 위한 보호장치가 분리 배치되기 때문에 PROFIBUS DP를 통해 모터 스타터를 중앙에서 조작할 수 있다. 과부하 발생 시 비상 시작 기능으로 시스템의 중요 프로세스가 모두 완료될 때까지 모터 스타터를 계속 작동할 수 있다. 이 기능은 SKF의 전문가들이 특히 중요하게 생각한 기능이었다. 가동 중에 예방 유지보수를 위한 자세한 진단 데이터를 확보하고 버스 연결을 통해 이 데이터를 처리할 수 있다는 것은 SKF가 가장 필요로 하던 기능 중 하나였다.
314C-2DP CPU가 탑재된 Simatic S7-300은 채널 내 모든 프로세스를 제어한다. Simatic S7-300은 메인 제어 캐비닛에 내장된다. 또한 이 캐비닛에는 여러 개의 고성능 스타터가 탑재된 ET 200S는 물론 30V AS-Interface가 있는 안전 모니터도 설치돼 있다.
시스템의 4개 AS-Interface 스트링을 위한 파워 팩도 들어있다. 추가로 2개의 제어 캐비닛이 제공돼, 하위 분산 장치와 나머지 고성능 모터 스타터는 물론 ET 200S 스테이션 4개까지 수용할 수 있다. 안전한 AS-Interface를 통한 비상 정지 기능 구현은 SKF Lchow 공장에서 처음 시도된 일이었다. Torsten Scharping IS 담당자는 “비용 때문에 결국 버스 시스템의 병렬 운전을 선택했다”고 강조했다. 센서, 액추에이터 및 공기압 밸브 연결을 위해 Lchow 공장은 IP65/67 보호등급의 K45 및 K60 콤팩트 모듈을 선택했다.
쉬운 설치 & 안전진단
AS-Interface의 성공 요인 중 하나는 시스템 설치가 쉽다는 점이다. 모듈이 필요한 곳에 정확하고 신속하게 설치할 수 있다. 그 후에 설치 담당자는 일반적인 노란색 사다리꼴 AS-Interface 라인과 검은색 24V 전원 라인을 극성이 표시된 I/O 모듈의 플러그에 꽂아 연결하기만 하면 된다. 접점에는 압핀형 연결기법을 사용한다. 그리고 연결된 AS-Interface 노드에 주소가 지정된다. 센서와 콤팩트 모듈은 자동차 산업에서 설명했던 M 12 플러그가 있는 라인으로 연결한다.
AS-Interface 버스에 연결된 모든 유닛을 정확히 진단할 수 있도록, 지멘스는 AS-Interface 안전 모니터에서 상위 CPU로 데이터를 전송하는 FC101 펑션 모듈을 제공한다. 이 기능을 이용해 슬레이브 상태가 안전한지 평가할 수 있다. PROFIBUS 오류 분석을 위해 이와 유사한 기능을 가진 FB 125 펑션 모듈이 제공된다. 이 모듈은 모든 진단 데이터를 로컬 스테이션에서 CPU로 전송하고 평가한다. 두 모듈 모두 선로 파손시 즉각 문제 영역을 파악하고, 고장 발생시 구체적인 문제해결을 지원한다. SKF는 이로 인해 고장 처리에 소요되는 시간을 대폭 절약할 수 있다고 말한다.
[PROFIBUS와 AS-Interface 기능 결합. 시스템의 각종 센서는 AS-Interface에 직접 연결돼 있는 IP65/67 보호등급의 K45 및 K60 콤팩트 모듈과 연결된다.]
지멘스 안전 기술 세일즈 엔지니어인 공학석사 Deniz Isik는 “SKF의 Lchow 공장에 PROFIBUS와 Safety at Work 통합 시스템 개념이 도입됐다는 것은 자동화 부분에서 표준 제어 기술과 안전 기능의 관계가 점점 긴밀해지고 있음을 증명한다”고 설명한다.
이 공장의 경우 채널 40에 93개의 슬레이브를 수용할 수 있는 독립적인 4개의 AS-Interface 스트링이 장착돼 있다. 그리고 안전 관련 기능을 제공하기 위해 안전 슬레이브를 사용하고 안전 모니터를 통해 모니터링한다. DP/AS-Interface 링크가 PROFIBUS와 AS-Interface 간의 데이터 교환을 위한 게이트웨이 역할을 한다. 38개 전기 드라이브(고성능 스타터)는 PROFIBUS에 연결된 5개의 ET 200S 스테이션을 통해 마스터인 CPU 314 C-2DP에 연결한다. 채널 40에는 독립적인 제어 기능을 가진 일련의 모듈식 연삭기가 설치돼 있다. 이 기계들은 PROFIBUS를 통해 상위 제어 시스템의 PLC(마스터인 Simatic CPU 314C-2DP)에 연결된다. 다시 말해 한 기계가 일시적으로 고장나도 시스템 전체를 정지할 필요가 없다. 이 기능 덕분에 각종 기능은 필요한 곳에 분산시키면서 모니터링은 중앙에서 실행할 수 있는 폐쇄형 시스템이 구현된다.
통합자동화
통합자동화는 프로세스 최적화를 위한 향후 요구사항을 충족하기 위한 기본 플랫폼이다. 통합자동화를 통해 센서에서 상위 제어 시스템으로 연결되는 폐쇄형 데이터 체인을 구축할 수 있다. Torsten Scharping IS 담당자는 이 최신 제어 개념을 도입하게 된 결정적인 원인에 대해 “OP 170B 조작 패널을 통한 시각화와 마스터와 센서 간의 일관된 데이터 통신을 통해 완전히 새로운 차원에서 제어 기술 효율성과 투명성을 확보할 수 있었다”며 이번 시스템의 장점을 요약했다.
