IO-Link 통신을 이용한 고기능 열처리 플랜트의 자가 용광로 현대화

[인더스트리뉴스 박규찬 기자] 독일 아헨 근처의 심머라스에 위치한 슈워츠(Schwartz GmbH)는 약 30년 동안 열처리 장비를 제조하고 있다. 이 업체는 해당 분야에서 세계적인 명성을 얻고 있으며 2013년 말에 가동을 시작한 용광로의 특수 기능이 IO-Link 통신의 이점을 처음으로 크게 누렸다. 

슈워츠의 전기 엔지니어링 부서 안드레아스 홀레쉬(Andreas Hollesch) 책임자는 “덕분에 우리는 배선 비용을 크게 줄였으며 동시에 공정 엔지니어링을 최적화했을 뿐만 아니라 고객에게 중요한 진단 옵션을 제공할 수 있었다”고 설명했다.

이 진단 옵션은 매우 광범위해 IO-Link를 향후 예방적인 유지보수에도 사용할 수 있고 크게 힘들이지 않고도 장치를 교체할 수 있다. 그러나 프로젝트 초기에는 첨단 디지털 장치 기술의 도입에도 불구하고 보다 정확한 공정 엔지니어링 모니터링과 배전반의 자가 용광로 전반 전기 솔루션 개발 등과 같은 다른 우선순위가 있었다. 홀레쉬 책임자는 "우리는 이 목표를 거의 100% 달성했다“고 말했다.

배선비용 절감

배선비용을 크게 절감했고 배전반 도어의 전류계와 개별 시스템 케이블의 변류기 수도 크게 줄일 수 있었다. 이는 용광로가 여러 챔버로 구성되기 때문으로 각 챔버는 여러 구역으로 나뉜다. 현재 이러한 각 구역은 지멘스의 IO-Link 지원 전류 모니터링 릴레이를 통해 모니터링 된다. 아래쪽에서 전력 접촉기에 직접 장치를 연결하기 때문에 해당 공간과 배선 비용을 아낄 수 있다.

신호 접점만 사용할 수 있었던 이전에 비해 이 3상전류 측정 기능은 각 상 오류를 즉시 감지하는 우수한 이점이 있다. 이는 여기서 스타 결선을 선택했기 때문인데 상 오류는 나머지 상에서 전류의 급격한 증가로 이어질 수 있다. 전기 엔지니어링 부서의 책임자는 “우리는 이제 새로운 모니터링 릴레이를 사용해 상 오류를 즉시 기록하고 제어 측면에서 바로 상 오류에 영향을 미치며 전류 흐름을 조정할 수 있다”고 설명했다. 

이어 그는 이러한 첨단 계측 설계의 또 다른 흥미로운 점으로 “배전반 도어에 개구부가 적을수록 미국에 납품하는 제품에 요구되는 UL 기준에 따라 더 높은 보호 등급 평가를 받을 수 있다”고 덧붙였다.

공작물은 가능한 한 빨리 공정 온도까지 올려야 한다. 이를 위해 기능 모듈을 통해 3상 전력 접촉기가 스위칭 된다. 다른 IO-Link 지원 장치와 마찬가지로 3상 전력 접촉기는 지멘스의 Simatic ET 200S 분산 I/O용 IO-Link 마스터 모듈에 직접 연결되며 분산 I/O와 컨트롤러는 Profinet을 통해 연결된다.

이중화 기능이 포함된 디지털 온도 모니터링

용광로 시스템의 배전반에는 4개의 포트(채널)가 있는 여러 IO-Link 마스터가 있다. 각 채널은 주기적인 데이터 전송 또는 스위칭 및 모니터링 장치 모니터링을 위해 2바이트의 입력 및 출력을 제공한다. 채널당 IO-Link 장치 한 개 또는 개별 접촉기 부하 피더 4개로 구성된 그룹 하나를 연결할 수 있다. 

또한 구역 가열 시스템의 소형 전력 접촉기와 관련해 이는 IO-Link 채널 하나를 통해 접촉기 4개를 연결할 수 있음에도 불구하고 접촉기를 개별적으로 스위칭할 수 있음을 의미한다. 삽입해 플랫 케이블을 통해 연결되는 해당 기능 모듈을 통해 이와 같이 작동한다.

구역의 실제 온도는 반도체 릴레이가 제어한다. 반도체 릴레이는 마모되지 않으며 컨트롤러를 통해 정확하게 조절할 수 있다. 따라서 공정 엔지니어링을 정확하게 측정할 수 있고 제어되지 않는 온도 상승 또는 냉각이 방지된다. 지멘스의 통신 지원 온도 모니터링 릴레이가 컨트롤러 이외의 각 챔버를 모니터링 하며 여기에서도 모니터링 릴레이와 컨트롤러 간의 통신은 IO-Link가 처리한다. 

홀레쉬 담당자는 “IO-Link 연결 기능이 있는 디지털 측정 장치를 체계적으로 사용한 덕분에 우리는 중요한 지점에서 이중화를 생성할 수 있었다”며, “이는 공정 관점과 안전 관점 둘 다에서 매우 중요하다”고 설명했다.

안전 엔지니어링의 개별 조정

공정 안전 이외에 운영 안전 역시 설치된 정격 출력이 높은 시스템에서 중요한 역할을 담당한다. 이러한 이유 때문에 표준 자동화에서 안전 엔지니어링에 많은 주의를 기울였다. 또한 여기서 이전 솔루션의 단점을 극복하기 위해 새로운 안전 릴레이가 주목을 받게 됐다. 

지금까지는 여러 장치를 나란히 연결하려면 접점을 사용해야 했다. 새로운 안전 릴레이의 사용으로 이러한 단점이 극복됐다. 이는 백플레인 버스를 통해 연결된 최대 5개 확장 모듈을 기본 유닛 한 개에 추가할 수 있기 때문이다. 이때 유닛의 왼쪽과 오른쪽에 각각 입력과 출력용으로 연결한다.

시스템의 모든 부분에 있는 비상 정지 푸시 버튼과 완전 자동화 시스템 주위에 배치된 케이스의 보호 도어를 모니터링 한다. 또한 개별 구역 도어를 모니터링해 도어의 개폐를 확인한다. 전기 엔지니어링 전문가를 위한 또 다른 장점으로 케이스 전면에 있는 DIP 스위치를 통해 보호 상태에 맞춰 장치를 개별적으로 조정하는 기능이 있다. 

홀레쉬 담당자는 “무엇보다 직접 스위칭과 시간 지연을 선택할 수 있다는 점이 그에게 매우 유용하다”며, “유연한 설계 덕분에 매우 개별적인 안전 및 종료 개념을 구현할 수 있고 이 안전 릴레이는 우리의 안전 개념에 이상적으로 잘 맞는다”고 설명했다.

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